(57)【要約】【課題】本発明は、フォイルヒューズ素子を利用したヒューズおよびその製造方法に関し、ヒューズの電気抵抗値の増大を抑制することによって能動回路部品の動作に悪影響を及ぼすのを阻止することを目的とする。【解決手段】第１中間絶縁レイヤ26と、第２中間絶縁レイヤ28と、第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤの各々から独立して形成されかつ製造された独立型のヒューズ素子レイヤ20であって、第１接触パッド32および第２接触パッド34と、第１接触パッドと第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンク30とを含むヒューズ素子レイヤ20とを有し、第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤは、ヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びており、第１中間絶縁レイヤと第２中間絶縁レイヤとの間においてヒューズ素子レイヤと一体に積層されている。【選択図】図２
2006237008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１中間絶縁レイヤと、
第２中間絶縁レイヤと、
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの各々から独立して形成されかつ製造された独立型のヒューズ素子レイヤであって、第１接触パッドおよび第２接触パッドと、前記第１接触パッドと前記第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンクとを含む独立型のヒューズ素子レイヤとを有し、
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤは、前記独立型のヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びており、前記第１中間絶縁レイヤと前記第２中間絶縁レイヤとの間において前記ヒューズ素子レイヤと一体に積層されていることを特徴とする低抵抗ヒューズ。
【請求項２】
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの少なくとも１つは、前記ヒューズ可融リンク上に位置する開口部を有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項３】
前記ヒューズ素子レイヤは、薄膜フォイルを有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項４】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記ヒューズ素子レイヤ、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの側面の端部内に形成された終端スロットまたは孔を有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項５】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤにそれぞれ積層された第１外部絶縁レイヤおよび第２外部絶縁レイヤを有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項６】
前記第１外部絶縁レイヤおよび前記第２外部絶縁レイヤの少なくとも１つと前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの少なくとも１つは、ポリマー材料を有する請求項５記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項７】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記ヒューズ可融リンクの近傍にアーク消去媒体を有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項８】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記ヒューズ可融リンク上に形成されたＭスポットを有する請求項１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項９】
第１中間絶縁レイヤを供給する段階と、
前記第１中間絶縁レイヤとは別個に事前に形成されたヒューズ素子レイヤを供給する段階であって、前記事前に形成されたヒューズ素子レイヤは、第１接触パッドと第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンクを具備している段階と、
前記ヒューズ素子レイヤを介して、第２中間絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに接着・積層する段階とを有することを特徴とする、低抵抗ヒューズを製造する方法。
【請求項１０】
前記第２中間絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに接着・積層する段階は、ポリマー接着フィルムを積層する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２中間絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに接着・積層する段階は、アーク抑制特性を有する接着剤によって積層する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が、さらに、第１外部絶縁レイヤおよび第２外部絶縁レイヤを供給する段階と、前記第１外部絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに接着・積層すると共に前記第２外部絶縁レイヤを前記第２中間絶縁レイヤに接着・積層する段階とを有する請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記ヒューズ素子レイヤ、前記第１中間絶縁レイヤ、前記第２中間絶縁レイヤ、前記第１外部絶縁レイヤおよび前記第２外部絶縁レイヤは、同時に互いに積層される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第１中間絶縁レイヤを供給する段階は、その内部に事前に形成されたヒューズ素子開口部を具備する第１中間絶縁レイヤを供給する段階を含み、
前記方法は、さらに、前記第２中間絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに積層した後に、前記ヒューズ素子開口部を通じて前記ヒューズ可融リンクにＭスポットを形成する段階を有する請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの１つは開口部を含んでおり、前記ヒューズ素子レイヤを介して、前記第２中間絶縁レイヤを前記第１中間絶縁レイヤに接着・積層する段階は、前記ヒューズ可融リンク上に位置するように前記開口部を位置決めする段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１６】
前記事前に形成されたヒューズ素子を供給する段階は、前記ヒューズ可融リンクと前記第１接触パッドおよび前記第２接触パッドを規定している独立型の薄膜フォイルを供給する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、さらに、前記ヒューズ素子レイヤ、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの側面の端部内に形成されるべき終端スロットまたは孔を形成する段階を有する請求項９記載の方法。
【請求項１８】
第１中間絶縁レイヤを供給する段階は、ポリマー材料のレイヤを供給する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、さらに、前記ヒューズ可融リンクの近傍にアーク消去媒体を形成する段階を有する請求項９記載の方法。
【請求項２０】
前記方法が、さらに、前記ヒューズ可融リンク上にＭスポットを形成する段階を有する請求項９記載の方法。
【請求項２１】
第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤであって、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの少なくとも１つは、それを貫通する事前に形成された開口部を含む第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤと、
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤとは別個に形成された薄いフォイルのヒューズ素子レイヤとを有し、
前記第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤは、前記ヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びて、前記ヒューズ素子レイヤに結合されており、
アーク消去媒体が、前記事前に形成された開口部内に配置され、前記開口部内において、前記ヒューズ素子レイヤを取り囲んでいることを特徴とする低抵抗ヒューズ。
【請求項２２】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記ヒューズ素子レイヤ、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの側面の端部内に形成された終端スロットまたは孔を有する請求項２１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項２３】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤにそれぞれ積層された第１外部絶縁レイヤおよび第２外部絶縁レイヤを有する請求項２１記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項２４】
第１中間絶縁レイヤと、
第２中間絶縁レイヤと、
その内部に形成された少なくとも１つの弱化スポットを含むヒューズ可融リンクを具備するヒューズ素子レイヤとを有し、
前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤは、前記独立型のヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びており、前記第１中間絶縁レイヤと前記第２中間絶縁レイヤとの間において前記ヒューズ素子レイヤと一体に積層されていることを特徴とする低抵抗ヒューズ。
【請求項２５】
前記ヒューズ可融リンクは、複数の弱化スポットを含んでおり、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの少なくとも１つは、前記複数の弱化スポットに対応する場所に、それを貫通する複数の開口部を有する請求項２４記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項２６】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記第１中間絶縁レイヤおよび前記第２中間絶縁レイヤの前記少なくとも１つの前記複数の開口部を封入する少なくとも１つの外部絶縁レイヤを有する請求項２４記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項２７】
前記ヒューズ可融リンクは、該ヒューズ可融リンク上に形成された少なくとも１つのＭスポットを含む請求項２４記載の低抵抗ヒューズ。
【請求項２８】
前記低抵抗ヒューズが、さらに、前記ヒューズ可融リンクの近傍にアーク消去媒体を有する請求項２４記載の低抵抗ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ヒューズに関するものであり、さらに詳しくは、フォイルヒューズ（foil fuse）素子を利用したヒューズに関するものである。
関連出願に対する相互参照
本発明に係る出願は、２００４年１月２９日付けで出願された米国特許出願第１０／７６７，０２７号の一部継続出願である。この一部継続出願は、２００２年１月１０日付けで出願された仮特許出願第６０／３４８，０９８号の利益を主張する２００３年１月９日付けで出願された米国特許出願第１０／３３９，１１４号の一部継続に対応するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒューズは、電気回路に対する高価な損傷を防止するべく、過電流保護装置として広く使用されている。通常は、ヒューズ端子または接点が、電源と、電気回路内に配置された単一の電気部品または複数の電気部品の組み合わせとの間において電気接続を形成している。ヒューズを流れる電流が予め定められた閾値を越えると、ヒューズ素子が、溶融、分解、切断、またはその他の方法によってヒューズと関連付けられている回路を開路状態にすることにより、電気部品の損傷を防止するべく、１つもしくは複数のヒューズ可融リンク（fusible link）またはヒューズ可融素子（fusible element：あるいは、ヒューズ素子のアセンブリ）が、ヒューズ端子または接点間に接続されている。
【０００３】
最近の電子装置の急増の結果として、ヒューズ形成技術に対する需要が増大している。例えば、従来のヒューズは、ガラスの円筒またはチューブ内に収容され、チューブ内の空中で吊り下げられているワイヤヒューズ素子（あるいは、代替的に、打抜きおよび／または成形により作製された金属製のヒューズ素子）を含んでいる。ヒューズ素子は、電気回路に接続するためにチューブに装着されている導電性のエンドキャップ間で伸びている。しかしながら、電子的な応用製品のプリント回路基板にヒューズを使用する場合には、当該ヒューズは、通常、非常に小さくなければならない。この結果、上記のようなタイプのヒューズを製造しかつ設置することは困難であり、ヒューズの保護対象製品の製造および組立上のコストが上昇することになる。
【０００４】
その他のタイプのヒューズには、電子的な応用製品用のヒューズ素子を形成するべく、高温有機誘電体基板（例えば、ＦＲ−４や石炭酸、またはその他のポリマーを含む材料）上に形成された金属被覆が含まれている。このようなヒューズ素子は、既知の方法を使用することにより、基板に蒸着、スクリーン印刷、電気メッキ、または塗布することが可能である。さらに、ヒューズ素子を形成する金属被覆レイヤを化学エッチングまたはレーザートリミングすることにより、ヒューズ素子の形状を変更することも可能である。しかしながら、これらのタイプのヒューズの場合には、過電流状態において、ヒューズ素子から基板に熱が伝導する。この結果、ヒューズの定格電流が増大するのみならず、ヒューズの電気抵抗値も増大するという傾向を有している。これによって、低電圧電子回路に対して悪影響が及ぶ可能性がある。また一方で、ヒューズ素子が誘電体基板の近傍に位置している（または、この上に直接形成されている）場合には、カーボン・トラッキング（carbon tracking）が発生する可能性がある。このカーボン・トラッキングにより、ヒューズは、その本来の目的どおりに回路を完全にクリア状態または開路状態にすることができなくなる。
【０００５】
上記以外のその他のヒューズにおいては、成形されたヒューズ素子と電気回路への接続のための導電性パッドを形成する導電性インク等の印刷厚膜導電性材料を有するセラミック基板を利用している。しかしながら、印刷の厚さと形状を制御することができないため、ヒューズの保護対象装置に、許容不可能なばらつきが生じる可能性がある。また一方で、ヒューズ素子を形成する導電性材料は、通常、高温で発火するため、高温セラミック基板を使用しなければならない。しかしながら、過電流状態においては、これらの基板は、ヒートシンクとして機能するので、ヒューズ素子から熱を奪い、ヒューズの電気抵抗値を増大させる傾向を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、ヒューズの電気抵抗値が増大することは、多数の回路において、能動回路部品の動作に有害である。特定の応用製品においては、ヒューズの電気抵抗値の増大に起因する電圧効果により、能動回路部品が機能不全に陥るおそれが生じるという問題が発生する。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ヒューズの電気抵抗値の増大を抑制することによって能動回路部品の動作に悪影響を及ぼすのを阻止することが可能な低抵抗ヒューズおよび低抵抗ヒューズを製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明の代表的な態様において、低抵抗ヒューズは、第１中間絶縁レイヤと、第２中間絶縁レイヤと、第１および第２中間絶縁レイヤの各々から独立して形成されかつ製造された独立型のヒューズ素子レイヤとを有している。この独立型のヒューズ素子レイヤは、第１接触パッドおよび第２接触パッドと、この第１接触パッドと第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンクを有している。ここで、第１および第２中間絶縁レイヤは、独立型のヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びており、第１中間絶縁レイヤと第２中間絶縁レイヤとの間においてヒューズ素子レイヤと一体に積層されている。
【０００８】
本発明の別の代表的な態様によれば、低抵抗ヒューズを製造する方法が提供される。この方法は、第１中間絶縁レイヤを供給する段階と、この第１中間絶縁レイヤとは別個に事前に形成されたヒューズ素子レイヤを供給する段階と、このヒューズ素子レイヤを介して、第２中間絶縁レイヤを第１中間絶縁レイヤに接着・積層する段階とを有している。事前に形成されたヒューズ素子レイヤは、第１接触パッドと第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンクを具備している。
【０００９】
本発明の別の代表的な態様によれば、低抵抗ヒューズを製造する方法が提供される。この方法は、その内部に事前に形成されたヒューズ素子開口部を具備する第１中間絶縁レイヤを供給する段階と、第１中間絶縁レイヤとは別個に事前に形成されたヒューズ素子レイヤを供給する段階と、第１中間絶縁レイヤと第２中間絶縁レイヤとの間でヒューズ素子レイヤが伸びている状態で第１中間絶縁レイヤに第２中間絶縁レイヤを接着・積層する段階と、第２中間絶縁レイヤを第１中間絶縁レイヤに積層した後に、ヒューズ素子開口部を通じてヒューズ可融リンクにＭスポットを形成する段階とを有している。事前に形成されたヒューズ素子レイヤは、第１接触パッドと第２接触パッドとの間で伸びるヒューズ可融リンクを具備している。
【００１０】
本発明の別の代表的な態様によれば、低抵抗ヒューズは、第１中間絶縁レイヤおよび第２中間絶縁レイヤを有しており、これらの第１および第２中間絶縁レイヤの少なくとも１つは、それを貫通する事前に形成された開口部を有している。薄いフォイルのヒューズ素子レイヤが、第１および第２中間絶縁レイヤとは別個に形成される。これらの第１および第２中間絶縁レイヤは、ヒューズ素子レイヤの反対の面上に伸びており、このヒューズ素子レイヤに結合されている。アーク消去媒体が、事前に形成された開口部内に配置され、この開口部内において、ヒューズ素子レイヤを取り囲んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の代表的な第１実施例に係るフォイルヒューズ１０の斜視図である。以下に記述する理由から、ヒューズ１０は、性能における顕著な利点を提供しつつ、従来のヒューズよりも低コストで製造することが可能であると考えられる。例えば、ヒューズ１０は、既知の匹敵するヒューズと比べて、小さな電気抵抗値と、ヒューズの動作後においては、大きな絶縁抵抗値とを具備していると考えられる。これらの利点は、ヒューズ可融リンク形成用の薄い金属フォイル材料とポリマーフィルム上に装着された接触終端を使用することにより、少なくとも部分的に実現されている。なお、本願明細書の説明においては、薄い金属フォイル材料は、約１〜１００ミクロン（μｍ）、さらに詳しくは、約１〜２０ミクロン（特定の実施例においては、約３〜１２ミクロン）の厚さの範囲にあるものと見なされている。
【００１２】
本発明による少なくとも１つのヒューズは、薄い金属フォイル材料から製造された際に特に有利であることが判明しているが、その他の金属被覆法も有用であろうと考えられる。例えば、ヒューズ素子を形成するべく３〜５ミクロン未満の金属被覆を必要とする相対的に低いヒューズ定格の場合には、当技術分野において既知の技法により、スパッタリングされた金属膜を含む（ただし、これに限定されない）薄膜材料を使用することが可能である。また一方で、本発明の態様は、無電解金属メッキ構造または薄膜印刷構造にも適用可能であることをさらに理解されたい。したがって、ヒューズ１０は、例示を目的として説明されているものにすぎず、本願明細書におけるヒューズ１０の説明は、本発明の態様をヒューズ１０の詳細項目に限定することを意図するものではない。
【００１３】
ヒューズ１０は、後程詳述する積層構造から構成されており、はんだ接点１２（しばしば、はんだバンプと呼ばれる）の間で（かつ、このはんだ接点と導電性の関係において）電気的に伸びるフォイルヒューズ素子（これは、図１には示されていない）を含んでいる。使用の際には、ヒューズ１０を通じて（さらに詳しくは、ヒューズ素子を通じて）電気回路を確立するべく、はんだ接点１２がプリント回路基板（これは、図示されていない）の端子、接触パッドまたは回路終端に接続される。ヒューズ１０を流れる電流が、ヒューズ素子とヒューズ１０の製造に利用されている材料の特性に応じた許容不可能な限度に到達すると、ヒューズ素子は、溶融、蒸発、またはその他の方法によってヒューズを通じた回路を開路状態にすることにより、ヒューズ１０と関連する回路内の電気部品に対する高価な損傷を防止する。
【００１４】
例示用の一実施例においては、ヒューズ１０は、一般に、形状が矩形であり、ヒューズ１０のプリント回路基板への表面実装に適した幅Ｗ、長さＬおよび高さＨを含んでおり、小さなスペースを占有している。例えば、特定の一実施例においては、Ｌは、約０．０６０インチであり、Ｗは、約０．０３０インチであり、Ｈは、ヒューズ１０のロープロファイル（low profile）を維持するべく、ＬまたはＷと比べて格段に小さい。以下において明らかとなるように、Ｈは、ヒューズ１０を製造するために利用されている様々なレイヤの合計の厚さに略等しい。ただし、ヒューズ１０の実際の寸法は、本発明の範囲を逸脱することなしに、１インチを上回る寸法を含む本願明細書に示されている例示用の寸法よりも大きなまたは小さな寸法に変化させることが可能であることを認識されたい。
【００１５】
また一方で、ヒューズ１０を電気回路に接続するべく図示のはんだ接点１２とは異なるその他のヒューズ終端を利用することにより、本発明の利点の中の少なくともいくつかを実現することが可能であることを認識されたい。したがって、所望と必要性に応じて、はんだ接点１２の代わりに、例えば、接点リード（すなわち、ワイヤ終端）、ラップアラウンド終端、浸漬金属被覆終端、メッキ終端、キャストレート接点（castellated contact）、およびその他の既知の接続方式を利用することが可能である。
【００１６】
図２は、ヒューズ１０の製造に利用されている様々なレイヤを示すヒューズ１０の分解斜視図である。より具体的には、代表的な実施例において、ヒューズ１０は、基本的に、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４の間に狭持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ２６、２８を含む５つのレイヤにより構成されている。
【００１７】
一実施例においては、フォイルヒューズ素子レイヤ２０は、既知の技法により、下部中間絶縁レイヤ２４に適用された電着による３〜５ミクロンの厚さの銅フォイルである。代表的な実施例においては、フォイルは、オリン  インコーポレイティド（Olin, Inc.）社から入手可能なＣｏｐｐｅｒＢｏｎｄ（登録商標）の極薄の薄膜フォイル（Extra Thin Foil）である。薄いヒューズ素子レイヤ２０は、大文字のＩの形状に形成されており、狭いヒューズ可融リンク３０が、矩形の接触パッド３２、３４間で伸びている。ヒューズ可融リンク３０は、このヒューズ可融リンク３０を通じて流れる電流が指定のレベルに到達した場合に開路状態になるような寸法になっている。例えば、代表的な実施例においては、ヒューズ可融リンク３０の幅は、このヒューズが１アンペア未満において動作するように、約０．００３インチである。ただし、代替実施例においては、様々な寸法のヒューズ可融リンクを利用することが可能であり、銅フォイルの代わりに、ニッケル、亜鉛、すず、アルミニウム、銀、これらの合金（例えば、銅／すず、銀／すず、および銅／銀合金）、およびその他の導電性フォイル材料を含む（ただし、これらに限定されない）その他の金属フォイルから薄いヒューズ素子レイヤ２０を形成することが可能であることを理解されたい。代替実施例においては、９ミクロンまたは１２ミクロンの厚さのフォイル材料を利用し、化学エッチングすることによって、ヒューズ可融リンクの厚さを低減させることが可能である。また一方で、さらなる実施例においては、既知のＭ効果ヒューズ形成法を利用し、ヒューズ可融リンクの動作を向上させることができる。
【００１８】
当業者であれば、ヒューズ可融リンクの性能（例えば、短絡および遮断能力）は、使用する材料の溶融温度と、ヒューズ可融リンクの形状とによって左右されかつ決定され、使用する材料の溶融温度とヒューズ可融リンクの形状の各々の変更を通じて、様々な性能特性を具備する実質的に無限数のヒューズ可融リンクを得ることが可能であることを理解するであろう。また一方で、複数のヒューズ可融リンクを並列に伸ばすことにより、ヒューズ性能をさらに変更することも可能である。このような実施例においては、単一のヒューズ素子レイヤ内の接触パッド間で複数のヒューズ可融リンクが並列に伸びるようにすることが可能であり、あるいは、垂直方向に積み重ねられた構成で、互いに並列に伸びるヒューズ可融リンクを含む複数のヒューズ素子レイヤを利用することも可能である。
【００１９】
望ましいヒューズ素子の定格を有するヒューズ素子レイヤ２０を製造する材料を選択するために（あるいは、選択された材料から製造されるヒューズ素子の定格を判定するために）、ヒューズ性能は、主に、３つのパラメータに依存していることが判定されている。これらのパラメータには、ヒューズ素子の形状、ヒューズ素子を取り囲む材料の熱伝導率、および、ヒューズ形成用の金属の溶融温度が含まれる。これらのパラメータの各々により、ヒューズの時間対電流特性が決定されることが判明している。したがって、ヒューズ素子レイヤの材料、ヒューズ素子レイヤを取り囲む材料、およびヒューズ素子レイヤの形状を慎重に選択することにより、許容可能な低抵抗ヒューズを製造することが可能である。
【００２０】
例示を目的として、まず、ヒューズ素子２０の形状を検討することにより、代表的なヒューズ素子レイヤの特性を分析する。例えば、図６は、代表的な寸法を含む比較的単純なヒューズ素子形状の平面図を示している。
【００２１】
図６を参照すれば、略大文字のＩの形状のヒューズ素子レイヤが絶縁レイヤ上に形成されている。ヒューズ素子レイヤのヒューズ形成特性は、ヒューズ素子レイヤの形成に使用される金属の電気伝導率（ρ）、ヒューズ素子レイヤの寸法的なアスペクト（すなわち、ヒューズ素子レイヤの長さと幅）、および、ヒューズ素子レイヤの厚さによって決定される。例示用の一実施例においては、ヒューズ素子レイヤ２０は、３ミクロンの厚さの銅フォイルから形成されており、これは、１／ρΩｃｍまたは約０．０１６７７０Ω／□のシート抵抗値（これは、１ミクロンの厚さにおいて計測される）を具備することが知られている（ここで、□は、「四角形」によって表現された検討対象のヒューズ素子部分の寸法比である）。
【００２２】
例えば、図６に示されているヒューズ素子を検討すれば、ヒューズ素子は、第１セグメントに対応する寸法ｌ1およびｗ1、第２セグメントに対応するｌ2およびｗ2、および第３セグメントに対応するｌ3およびｗ3によって識別可能な３つの別個のセグメントを含んでいる。セグメント内の四角形を合計することにより、ヒューズ素子レイヤの抵抗値をかなり直接的な方式で概略的に判定することが可能である。したがって、図６のヒューズ素子の場合には、次の式（１）に示すとおりになる。
【００２３】
【数１】
2006237008.tif 000003
【００２４】
この結果、ヒューズ素子レイヤの電気抵抗値（Ｒ）は、次の関係によって判定することが可能である。
【００２５】
ヒューズ素子のＲ＝（シート抵抗率）＊（□の数）／Ｔ      （２）
【００２６】
ここで、Ｔは、ヒューズ素子レイヤの厚さである。前述の例に戻り、式（２）を適用することにより、次のようになる。
【００２７】
ヒューズ素子の電気抵抗値＝（０．０１６７７９Ω／□）＊８．５＊□）／３
＝０．０４７５Ω
【００２８】
当然のことながら、同様の方式により、さらに複雑な形状のヒューズ素子の電気抵抗値を同様に判定することが可能であろう。
【００２９】
つぎに、ヒューズ素子レイヤを取り囲んでいる材料の熱伝導率を検討することにより、当業者であれば、異なる材料のサブボリューム間における熱流（Ｈ）が次の式（３）の関係によって決定されることを理解することができるであろう。
【００３０】
【数２】
2006237008.tif 000004
【００３１】
ここで、Ｋm,nは、材料の第１サブボリュームの熱伝導率であり、Ｋm+1,nは、材料の第２サブボリュームの熱伝導率であり、Ｚは、対象となる材料の厚さであり、θは、選択された基準点におけるサブボリュームｍ、ｎの温度であり、Ｘm,nは、基準点からの第１サブボリューム計測値の第１座標の場所であり、Ｙnは、基準点からの第２座標の場所の計測値であり、Δｔは、対象の時間値である。
【００３２】
式（３）を詳細に検討することによって、積層ヒューズ構造の正確な熱流特性を判定することが可能であるが、この式は、ヒューズ内の熱流が、主に、使用される材料の熱伝導率に比例しているということを示すべく本願明細書に提示されたものである。次の表には、いくつかの代表的な既知の材料の熱伝導率が示されており、ヒューズ素子周辺のヒューズ内にて利用される絶縁レイヤの伝導率を低減させることにより、ヒューズ内の熱流をかなり低減させることが可能であることがわかる。特に、注目すべきは、ヒューズ素子レイヤの上部および下部の絶縁材料として本発明の例示用の実施例において利用されているポリイミドの顕著に低い熱伝導率である。
【００３３】
【表１】
2006237008.tif 000005
【００３４】
つぎに、ヒューズ素子レイヤの製造に利用されるヒューズ形成用の金属の動作温度を検討することによって、当業者であれば、所定の時点におけるヒューズ素子レイヤの動作温度θtは、次の式（４）の関係により決定されることを理解することができるであろう。
【００３５】
【数３】
2006237008.tif 000006
【００３６】
ここで、ｍは、ヒューズ素子レイヤの質量であり、ｓは、ヒューズ素子レイヤを形成する材料の比熱であり、Ｒamは、周辺基準温度θにおけるヒューズ素子レイヤの電気抵抗値であり、ｉは、ヒューズ素子レイヤを通じて流れる電流であり、αは、ヒューズ素子材料の抵抗温度係数である。当然のことながら、ヒューズ素子レイヤは、ヒューズ素子材料の溶融温度までは、ヒューズを通じて回路を完成させるべく機能することが可能である。次の表には、一般的に使用されているヒューズ素子材料の代表的な融点が示されており、ヒューズ素子の高い電流定格を実現する銅の極めて高い溶融温度に起因し、本発明においては、銅ヒューズ素子レイヤが特に有利であることに留意されたい。
【００３７】
【表２】
2006237008.tif 000007
【００３８】
したがって、ヒューズ素子レイヤの材料の溶融温度、ヒューズ素子レイヤを取り囲んでいる材料の熱伝導率、および、ヒューズ素子レイヤの抵抗率を組み合わせた効果を検討することにより、様々な性能特性を具備する許容可能な低抵抗ヒューズを製造することが可能であることは明らかであろう。
【００３９】
再度図２を参照すれば、上部中間絶縁レイヤ２２は、フォイルヒューズ素子レイヤ２０上に位置しており、フォイルヒューズ素子レイヤ２０の各々の接触パッド３２、３４に対する電気接続を円滑に実行するべく、これを貫通して伸びる矩形の終端開口部３６、３８またはウィンドウを含んでいる。円形のヒューズ可融リンク開口部４０が、終端開口部３６、３８の間で伸びており、かつ、フォイルヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０上に位置している。
【００４０】
下部中間絶縁レイヤ２４は、フォイルヒューズ素子レイヤ２０上に位置しており、フォイルヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンクの下に位置する円形のヒューズリンク開口部（すなわち、ヒューズ可融リンク開口部）４２を含んでいる。したがって、ヒューズ可融リンク３０がフォイルヒューズ素子２０の接触パッド３２、３４間において伸びる際に、ヒューズ可融リンク３０が中間絶縁レイヤ２２、２４のいずれの表面とも接触しないように、ヒューズ可融リンク３０は、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４内の各々のヒューズリンク開口部（すなわち、ヒューズ可融リンク開口部）４０、４２を横断して伸びている。換言すれば、ヒューズ１０の製造が完了した際に、ヒューズ可融リンク３０は、各々の中間絶縁レイヤ２２、２４内のヒューズリンク開口部４０、４２により、エアポケット内において、事実上、吊り下げられている。
【００４１】
したがって、ヒューズリンク開口部４０、４２は、従来のヒューズの場合にはヒューズの電気抵抗値の増大に寄与する中間絶縁レイヤ２２、２４への熱伝達を防止している。したがって、ヒューズ１０は、既知のヒューズよりも低い電気抵抗値において動作し、この結果、既知の匹敵するヒューズよりも、回路が安定する。また一方で、既知のヒューズとは異なり、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２によって生成されるエアポケットにより、アークトラッキングが阻止され、ヒューズ可融リンク３０を通じた回路の完全なクリアリングが円滑に実行される。さらなる実施例においては、ヒューズ可融リンクが動作した際に、適切に成形されたエアポケットが、その内部のガス抜きを円滑に実行し、ヒューズ内の望ましくないガスの蓄積および圧力を軽減させることが可能である。したがって、代表的な実施例においては、開口部４０、４２は、実質的に円形であるものとして示されているが、本発明の範囲および精神を逸脱することなしに、非円形の開口部４０、４２を同様に利用することが可能である。また一方で、中間絶縁レイヤ２２、２４内のヒューズリンク開口部として、非対称な開口部を利用することも可能であると考えられる。ただし、前述の空気の代わりに（あるいは、これに加えて）、ヒューズリンク開口部を固体またはガスによって充填することにより、アークトラッキングを阻止することも可能であると考えられる。
【００４２】
例示用の一実施例においては、上部および下部中間絶縁レイヤは、それぞれ、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社（E. I. du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware）からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００２インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。ただし、代替実施例においては、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）の代わりに、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、宇部工業株式会社（Ube Industries）から市販されているＵＰＩＬＥＸ（登録商標）ポリイミド材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート（これは、しばしば、ＰＥＮと呼ばれている）、ロジャーズ  コーポレーション社（Rogers Corporation）から市販されているザイブレックス（Zyvrex）液晶ポリマー材料、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料（ポリイミドおよび非ポリイミド）が利用可能であることを理解されたい。
【００４３】
上部外部絶縁レイヤ２６は、上部中間絶縁レイヤ２２上に位置しており、上部中間絶縁レイヤ２２の終端開口部３６、３８と実質的に一致する矩形の終端開口部４６、４８を含んでいる。上部外部絶縁レイヤ２６内の終端開口部４６、４８と上部中間絶縁レイヤ２２内の終端開口部３６、３８は、協働して、薄いヒューズ素子接触パッド３２、３４上に個別の空洞を形成している。開口部３６、３８、４６および４８をはんだ（これは、図２には示されていない）によって充填すると、例えば、プリント回路基板等の外部回路に接続するべくヒューズ素子接触パッド３２、３４と導電性の関係にあるはんだ接触パッド１２（これは、図１には示されていない）が形成されることになる。上部外部絶縁レイヤ２６の終端開口部４６、４８の間には、上部中間絶縁レイヤ２２のヒューズ可融リンク開口部４０上に位置する連続した表面５０が伸びており、これによって、ヒューズ可融リンク３０が封入され十分に絶縁されている。
【００４４】
さらなる実施例においては、上部外部絶縁レイヤ２６および／または下部外部絶縁レイヤ２８は、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２内の開路状態になっているヒューズの視認を容易にする半透明または透明な材料から製造されている。
【００４５】
下部外部絶縁レイヤ２８は、下部中間絶縁レイヤ２４の下に位置しており、切れ目のない状態にある（すなわち、開口部を具備していない）。したがって、下部外部絶縁レイヤ２８の連続した切れ目のない表面は、下部中間絶縁レイヤ２４のヒューズ可融リンク開口部４２の下においてヒューズ可融リンク３０を十分に絶縁している。
【００４６】
例示用の一実施例においては、上部および下部外部絶縁レイヤは、それぞれ、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００５インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。ただし、代替実施例においては、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料が利用可能であることを理解されたい。
【００４７】
ヒューズ１０の製造に利用される代表的な製造プロセスについて説明するために、次の表に示されているように、ヒューズ１０の各々のレイヤに名称を付与することとする。
【００４８】
【表３】
2006237008.tif 000008
【００４９】
図３は、ヒューズ１０（これは、図１および図２に示されている）を製造するための代表的な方法６０を説明するためのフローチャートである。この図には、先程の表に示したような呼称法が使用されている。フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が、既知のラミネーション法により、下部中間絶縁レイヤ２４（レイヤ４）に積層される（ステップ６２）。ついで、フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が、塩化第２鉄溶液の使用を含む（ただし、これに限定されない）既知の技法を使用し、下部中間絶縁レイヤ２４（レイヤ４）上において所望の形状にエッチングされる（ステップ６４）。代表的な実施例においては、フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）は、図２との関連で前述したように、既知のエッチングプロセスにより、大文字のＩの形状のフォイルヒューズ素子が残るように形成されている。代替実施例においては、エッチング処理の代わりに、打抜き処理を利用し、ヒューズ可融リンク３０と接触パッド３２、３４を形成することが可能である。
【００５０】
下部中間絶縁レイヤ（レイヤ４）上においてフォイルヒューズ素子レイヤ（レイヤ３）を形成した後に（ステップ６４）、上記のステップ６２からの事前に積層されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）および下部中間絶縁レイヤ（レイヤ４）に、既知のラミネーション法により、上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）が積層される（ステップ６６）。これによって、中間絶縁レイヤ２２、２３（レイヤ２および４）の間にフォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が挟持された３レイヤ積層物が形成される。
【００５１】
ついで、終端開口部３６、３８、およびヒューズ可融リンク開口部４０（これらは、いずれも図２に示されている）が、既知のエッチング、パンチング、または穿孔プロセスにより、上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）内に形成される（ステップ６８）。ヒューズ可融リンク開口部４２（これは、図２に示されている）も、エッチング、パンチング、および穿孔を含む（ただし、これらに限定されない）既知のプロセスにより、下部中間絶縁レイヤ２８内に形成される。この結果、ヒューズ素子レイヤの接触パッド３２、３４（これらは、図２に示されている）が、上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）内の終端開口部３６、３８を通じて露出する。ヒューズ可融リンク３０（これは、図２に示されている）も、各々の中間絶縁レイヤ２２、２４（レイヤ２および４）のヒューズ可融リンク開口部４０、４２内において露出している。代替実施例においては、エッチング処理の代わりに、打抜き処理、穿孔およびパンチング処理、ならびにこれらに類似したものを利用し、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２と終端開口部３６、３８を形成することが可能である。
【００５２】
中間絶縁レイヤ２２、２４（レイヤ２および４）内に開口部またはウィンドウを形成した後に（ステップ６８）、上記のステップ６６およびステップ６８からの３レイヤの組み合わせ（レイヤ２、３、および４）に、外部絶縁レイヤ２６、２８（レイヤ１および５）が積層される（ステップ７０）。外部絶縁レイヤ２６、２８（レイヤ１および５）は、当技術分野において既知のプロセスと技法を使用し、３レイヤの組み合わせに対して積層される。
【００５３】
外部絶縁レイヤ２６、２８（レイヤ１および５）が積層され、５レイヤの組み合わせが形成された後に（ステップ７０）、ヒューズ素子接触パッド３２、３４（これらは、図２に示されている）が上部外部絶縁レイヤ２６（レイヤ１）と上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）の各々の終端開口部３６、３８、４６および４８を通じて露出するように、終端開口部４６、４８（これらは、図２に示されている）が、既知の方法および技法により、上部外部絶縁レイヤ２６（レイヤ１）内に形成される（ステップ７２）。ついで、下部外部絶縁レイヤ２８（レイヤ５）に、電圧または電流定格やヒューズ分類コード等のヒューズ１０（これは、図１および図２に示されている）の動作特性に関係する標識をマーキングする（ステップ７４）。このようなマーキング（ステップ７４）は、例えば、レーザーマーキング、化学エッチング、またはプラズマエッチング等の既知のプロセスによって実行可能である。代替実施例においては、はんだ接点１２の代わりに、ニッケル／金、ニッケル／すず、ニッケル／すず−鉛、および、すずメッキパッドを含む（ただし、これらに限定されない）その他の既知の導電性接触パッドを利用することが可能であることを理解されたい。
【００５４】
ついで、はんだが形成され、ヒューズ素子接触パッド３２、３４（これらは、図２に示されている）と導電性の通信状態にあるはんだ接点１２（これは、図１に示されている）が完成する（ステップ７６）。この結果、はんだ接点１２を、ラインと、エネルギーの供給対象である回路の負荷電気接続部に接続することにより、ヒューズ可融リンク３０（これは、図２に示されている）を通じて電気接続を確立することが可能である。
【００５５】
ヒューズ１０は、前述の方法によって個々に製造することが可能であるが、例示用の一実施例においては、ヒューズ１０は、シートの形態で集合的に製造された後に、個々のヒューズ１０に分離またはシンギュレート（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）される（ステップ７８）。バッチプロセスで形成する場合には、エッチングおよび打抜きプロセスを高精度で制御することにより、様々な形状および寸法のヒューズ可融リンク３０を同時に形成することが可能である。また一方で、連続製造プロセスにおいて、ロールツーロール・ラミネーションプロセス（roll to roll lamination process）を利用し、多数のヒューズを最小の時間で製造することが可能である。
【００５６】
さらには、前述の基本的な方法を逸脱することなしに、追加のレイヤを含むヒューズを製造することが可能である。すなわち、複数のヒューズ素子レイヤおよび／または追加の絶縁レイヤを利用することにより、異なる性能特性および様々なパッケージサイズを有するヒューズを製造することが可能である。
【００５７】
したがって、低コストであって広く利用可能な材料を使用し、バッチプロセスにおいて、廉価な既知の技法およびプロセスを使用して、ヒューズを効率的に形成することが可能である。フォトケミカルエッチングプロセスによれば、非常に小さなヒューズの場合にも、薄いヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０および接触パッド３２、３４をかなり高精度に形成することが可能であり、均一な厚さおよび導電性により、ヒューズ１０の最終的な性能のばらつきが極小化される。また一方で、薄い金属フォイル材料を使用してヒューズ素子レイヤ２０を形成することにより、既知の匹敵するヒューズと比べて、非常に低抵抗のヒューズを構成することが可能である。
【００５８】
図４は、下部中間絶縁レイヤ２４の構造を除いて、ヒューズ１０（これについては、図１〜図３と関連して前述している）に実質的に類似したフォイルヒューズの第２実施例（ヒューズ９０）の分解斜視図である。ヒューズ９０内には、下部中間絶縁レイヤ２４内のヒューズ可融リンク開口部４２（これは、図２に示されている）が存在しておらず、ヒューズ可融リンク３０が、下部中間絶縁レイヤ２４の表面上に直接伸びていることに留意されたい。この特定の構造は、ヒューズ可融リンク開口部４０が、ヒューズ可融リンク３０から中間絶縁レイヤ２２、２４への熱伝達を妨げている（または、少なくとも低減している）という点において、中間的な温度におけるヒューズの動作の際に満足できるものである。この結果、ヒューズの動作の際に、ヒューズ９０の電気抵抗値が低減され、上部中間絶縁レイヤ２２内のヒューズ可融リンク開口部４０により、アークトラッキングが阻止され、ヒューズを通じた回路の完全なクリアリングが円滑に実行される。
【００５９】
当然のことながら、ヒューズ９０は、下部中間絶縁レイヤ２４内のヒューズ可融リンク開口部４２（これは、図２に示されている）が形成されないという点を除いて、実質的に方法６０（これについては、図３との関連で前述している）によって構成される。
【００６０】
図５は、上部中間絶縁レイヤ２２の構造を除いて、ヒューズ９０（これについては、図４との関連で前述している）に実質的に類似したフォイルヒューズの第３実施例（ヒューズ１００）の分解斜視図である。ヒューズ１００内には、上部中間絶縁レイヤ２２内のヒューズ可融リンク開口部４０（これは、図２に示されている）が存在しておらず、ヒューズ可融リンク３０が、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４の両方の表面上に直接伸びていることに留意されたい。
【００６１】
当然のことながら、ヒューズ１００は、中間絶縁レイヤ２２、２４内のヒューズ可融リンク開口部４０および４２（これらは、図２に示されている）が形成されないということを除いて、実質的に方法６０（これについては、図３との関連で前述している）によって構成される。
【００６２】
上述のいずれの実施例の場合にも、ポリマーフィルムの代わりに、薄いセラミック基板を利用することが可能であるが、これは、ヒューズの適切な動作を確保するべく、特に、ヒューズ１００の場合に推奨されることを理解されたい。本発明の代替実施例においては、例えば、低温コファイアブルセラミック材料（low temperature cofireable ceramic material）およびこれに類似したものを利用することが可能である。
【００６３】
ヒューズ可融リンクを形成するべく、薄い金属被覆フォイル材料に対して前述のエッチングおよび打抜きプロセスを使用することにより、様々な異なる形状の金属フォイルヒューズリンクを形成し、特定の性能目的を満たすことが可能である。例えば、図６〜図１０は、ヒューズ１０（これは、図１および図２に示されている）、ヒューズ９０（これは、図４に示されている）、およびヒューズ１００（これは、図５に示されている）に対して利用可能な複数のヒューズ素子形状を代表的な寸法と共に示している。ただし、本願明細書において説明および図示しているヒューズリンクの形状は、例示を目的としたものにすぎず、本発明の実施内容を特定のフォイル形状またはヒューズ可融リンク構造に限定することを意図したものではないことを認識されたい。
【００６４】
図１１は、ヒューズの第４実施例（ヒューズ１２０）の分解斜視図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ１２０は、図１１に示されている積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。より具体的には、代表的な実施例においては、ヒューズ１２０は、基本的に、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４の間に挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４を含む５つのレイヤから構成されている。
【００６５】
上述の実施例に従い、ヒューズ素子２０は、既知の技法によって下部中間絶縁レイヤ２４上に形成された電着による３〜２０ミクロンの厚さの銅フォイルである。薄いヒューズ素子レイヤ２０は、大文字のＩの形状に形成されており、狭いヒューズ可融リンク３０が、矩形の接触パッド３２、３４の間に伸び、ヒューズ可融リンク３０を通じて流れる電流が約２０アンペアを上回る場合に開路状態にするような寸法になっている。ただし、様々な寸法のヒューズ可融リンクを利用することが可能であり、銅フォイルの代わりに、様々な金属フォイル材料および合金から薄いヒューズ素子レイヤ２０を形成することが可能であると考えられる。
【００６６】
上部中間絶縁レイヤ２２は、フォイルヒューズ素子レイヤ２０上に位置しており、これを貫通して伸び、かつ、フォイルヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０上に位置する円形のヒューズ可融リンク開口部４０を含んでいる。前述のヒューズ１０、９０および１００とは対照的に、ヒューズ１２０内の上部中間絶縁レイヤ２２は、終端開口部３６、３８（これらは、図２〜図５に示されている）を含んではおらず、ヒューズ可融リンク開口部４０を除いて、いずれの場所も切れ目のない状態にある。
【００６７】
下部中間絶縁レイヤ２４は、フォイルヒューズ素子レイヤ２０の下に位置しており、フォイルヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０の下に位置する円形のヒューズリンク開口部４２を含んでいる。したがって、ヒューズ可融リンク３０がフォイルヒューズ素子２０の接触パッド３２、３４の間で伸びた際に、ヒューズ可融リンク３０がいずれの中間絶縁レイヤ２２、２４の表面とも接触しないように、ヒューズ可融リンク３０が上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４内の各々のヒューズリンク開口部４０、４２を横断して伸びている。換言すれば、ヒューズ１２０の製造が完了した際には、ヒューズ可融リンク３０は、各々の中間絶縁レイヤ２２、２４内のヒューズリンク開口部４０、４２により、エアポケット内において、事実上、吊り下げられている。
【００６８】
したがって、ヒューズリンク開口部４０、４２は、従来のヒューズにおいては、ヒューズの電気抵抗値の増大に寄与する中間絶縁レイヤ２２、２４に対する熱伝達を防止している。したがって、ヒューズ１２０は、既知のヒューズよりも低い電気抵抗値において動作し、この結果、既知の匹敵するヒューズよりも、回路が安定する。また一方で、既知のヒューズとは異なり、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２によって生成されるエアポケットにより、アークトラッキングが阻止され、ヒューズ可融リンク３０を通じた回路の完全なクリアリングが円滑に実行される。また一方で、エアポケットは、ヒューズ可融リンクが動作した際に、その内部のガス抜きを実行し、ヒューズ内部の望ましくないガスの蓄積および圧力を軽減させる。
【００６９】
前述のように、上部および下部中間絶縁レイヤは、それぞれ、例示用の一実施例においては、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００２インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。代替実施例においては、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート（これは、しばしば、ＰＥＮと呼ばれる）、ロジャーズ  コーポレーション社から市販されているザイブレックス（Zyvrex）液晶ポリマー材料、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料を利用することが可能である。
【００７０】
上部外部絶縁レイヤ１２２は、上部中間レイヤ２２の上に位置しており、上部外部絶縁レイヤ１２２上に伸び、かつ、上部中間絶縁レイヤ２２のヒューズ可融リンク開口部４０上に位置する連続した表面５０を含んでおり、これによって、ヒューズ可融リンク３０が封入され十分に絶縁されている。図１１に示されているように、上部外部レイヤ１２２は、終端開口部４６、４８（これらは、図２〜図５に示されている）を含んでいないことに留意されたい。
【００７１】
さらなる実施例においては、上部外部絶縁レイヤ１２２および／または下部外部絶縁レイヤ１２４は、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２内の開路状態になっているヒューズの視認を容易にする半透明または透明な材料から製造されている。
【００７２】
下部外部絶縁レイヤ１２４は、下部中間絶縁レイヤ２４の下に位置しており、切れ目のない状態にある（すなわち、開口部を具備していない）。したがって、下部外部絶縁レイヤ１２４の連続した切れ目のない表面は、下部中間絶縁レイヤ２４のヒューズ可融リンク開口部２４の下においてヒューズ可融リンク３０を十分に絶縁している。
【００７３】
例示用の一実施例においては、上部および下部外部絶縁レイヤは、それぞれ、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００５インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。ただし、代替実施例においては、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料が利用可能であることを理解されたい。
【００７４】
はんだバンプ終端を含む図２〜図５に示されているヒューズの前述の実施例とは異なり、上部外部絶縁レイヤ１２２と下部外部絶縁レイヤ１２４は、それぞれ、その横側面内に形成され、ヒューズリンク接触パッド３２、３４の上下に伸びる長い終端スロット１２６、１２８を含んでいる。ヒューズの各々のレイヤが組み立てられた際に、スロット１２６、１２８をその垂直面上において金属被覆することにより、それぞれ、上部中間絶縁レイヤおよび下部中間絶縁レイヤ２２、２４の金属被覆された垂直横表面１３０、１３２、ならびに、上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４の外部表面上に伸びる金属被覆ストリップ１３４、１３６と共に、ヒューズ１２０のそれぞれの側端部上に接触終端を形成する。この結果、ヒューズ１２０は、ヒューズ素子の接触パッド３２、３４への電気接続を確立しつつ、プリント回路基板に表面実装することが可能である。
【００７５】
ヒューズ１２０の製造に利用される代表的な製造プロセスを説明するために、次の表に示されているように、ヒューズ１２０の各々のレイヤに名称を付与することとする。
【００７６】
【表４】
2006237008.tif 000009
【００７７】
図１２は、ヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）を製造するための代表的な方法１５０のプロセスを説明するためのフローチャートである。この図には、先程の呼称法が使用されている。フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が、既知の積層法により、下部中間レイヤ２４（レイヤ４）に積層され、金属被覆構造が形成される（ステップ１５２）。ついで、フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が、塩化第２鉄溶液のエッチングプロセスの使用を含む（ただし、これに限定されない）既知の技法を使用し、下部中間絶縁レイヤ２４（レイヤ４）上において望ましい形状に形成される（ステップ１５４）。代表的な実施例においては、フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）は、前述のように、大文字のＩの形状のフォイルヒューズ素子が残るように形成される。代替実施例においては、エッチング処理の代わりに、打抜き処理を利用してヒューズ可融リンク３０の接触パッド３２、３４を形成することが可能である。本発明のさらなる実施例および／または代替実施例においては、図６〜図１０に示されているものを含む（ただし、これらに限定されない）ヒューズ形成可能素子の様々な形状を利用することが可能であることを理解されたい。さらなる実施例および／または代替実施例においては、当業者には周知のスパッタリングプロセス、メッキプロセス、スクリーン印刷プロセス、およびこれらに類似したものを使用し、ヒューズ素子レイヤを金属被覆および形成することが可能であるとさらに考えられる。
【００７８】
下部中間絶縁レイヤ（レイヤ４）上におけるフォイルヒューズ素子レイヤ（レイヤ３）の形成が完了した後に、ステップ１５２からの事前に積層されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）および下部中間絶縁レイヤ２４（レイヤ４）に、既知の技法により、上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）を積層する（ステップ１５６）。これによって、フォイルヒューズ素子レイヤ２０（レイヤ３）が中間絶縁レイヤ２２、２４（レイヤ２および４）の間に挟持された３レイヤ積層物が形成される。
【００７９】
ついで、ヒューズ可融リンク開口部４０（これは、図１１に示されている）が、上部中間絶縁レイヤ２２（レイヤ２）内に形成されると共に（ステップ１５８）、ヒューズ可融リンク開口部４２（これは、図１１に示されている）が、下部中間絶縁レイヤ２４内に形成される（ステップ１５８）。ヒューズ可融リンク３０（これは、図１１に示されている）が、各々の中間絶縁レイヤ２２、２４（レイヤ２および４）のヒューズ可融リンク開口部４０、４２内において露出する。代表的な実施例においては、ヒューズ可融リンク開口部４０および４２を形成するべく、開口部４０を既知のエッチング、パンチング、穿孔、および打抜き処理によって形成している。
【００８０】
中間絶縁レイヤ２２、２４（レイヤ２および４）内に開口部をエッチングした後に（ステップ１５８）、上記のステップ１５６およびステップ１５８からの３レイヤの組み合わせ（レイヤ２、３、および４）に、外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）を積層する（ステップ１６０）。外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）は、当技術分野において周知のプロセスおよび技法を使用して３レイヤの組み合わせに積層される（ステップ１６０）。
【００８１】
本発明にとって特に有利であるラミネーションの１つの形態は、デラウエア州ベアに所在するアーロン  マテリアルズ  フォー  エレクトロニクス社（Arlon Materials for Electronics of Bear, Delaware）から入手可能なもの等の非フロー型ポリイミドプリプレグ材料を使用するものである。このような材料は、スルーホール障害の可能性を低減させると共に、層割れを伴うことなしに、その他のラミネーション接合剤よりも良好な熱サイクルに対する耐性を有する（アクリル接着剤の膨張特性を下回る）膨張特性を具備している。ただし、接合剤の要件は、製造するヒューズの特性に応じて変化し得るものであり、したがって、１つのタイプのヒューズまたはヒューズ定格に不適当なラミネーション接合剤が、別のタイプのヒューズやヒューズ定格には、許容可能であることを理解されたい。
【００８２】
外部絶縁レイヤ２６、２８（これらは、図２に示されている）とは異なり、外部絶縁レイヤ１２２、１２４（これらは、図１１に示されている）は、中間絶縁レイヤとは反対側のその外部表面上において、銅フォイルによって金属被覆される。例示用の一実施例においては、これは、ヒューズの適切な動作を阻害し得る接着剤を伴うことなしに、銅フォイルと積層されたポリイミドシートを含むＣＩＲＬＥＸ（登録商標）ポリイミド技術によって実現可能である。別の代表的な実施例においては、これは、接着剤を伴うことなしに、スパッタリングされた金属フィルムと積層されたエスパネックス（Espanex）ポリイミドシート材料によって実現可能である。代替実施例においては、このために、銅フォイルの代わりに、その他の導電性材料および合金を利用することが可能であり、さらには、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）材料の代わりに、その他のプロセスおよび技法によって外部絶縁レイヤ１２２、１２４を金属被覆することが可能であると考えられる。
【００８３】
外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）が積層され、５レイヤの組み合わせが形成された後に（ステップ１６０）、このステップ１６０において形成された５レイヤの組み合わせを貫通して、スロット１２６、１２８に対応した長いスルーホールが形成される（ステップ１６４）。様々な実施例においては、スロット１２６、１２８を形成する際には（ステップ１６４）、これらは、レーザー機械加工、化学エッチング、プラズマエッチング、パンチング、または穿孔によって形成される。ついで、エッチングプロセスにより、スロット終端ストリップ１３４、１３６（これらは、図１１に示されている）が外部絶縁レイヤ１２２、１２４の金属被覆された外部表面上に形成され（ステップ１６６）、ヒューズ素子レイヤ２０がエッチングされ、終端スロット１２６、１２８内において、ヒューズ素子レイヤの接触パッド３２、３４（これらは、図１１に示されている）が露出する（ステップ１６６）。積層された組み合わせをエッチングして終端ストリップ１３４、１３６を形成し、ヒューズ素子レイヤ２０をエッチングしてヒューズ素子レイヤの接触パッド３２、３４を露出させた後に（ステップ１６６）、メッキプロセスにより、終端スロット１２６、１２８が金属被覆され、スロット１２６、１２８内の金属被覆された接触終端が完成する（ステップ１６８）。代表的な実施例においては、既知のメッキプロセスにおいて、ニッケル／金、ニッケル／すず、およびニッケル／すず−鉛を利用し、スロット１２６、１２８内の終端を完成させることができる。したがって、例えば、プリント回路基板に表面実装するのに特に好適なヒューズ１２０を製造することが可能であるが、その他のアプリケーションにおいては、表面実装の代わりに、その他の接続方式を使用することが可能である。
【００８４】
代替実施例においては、前述のスロット１２６、１２８内のスルーホールの金属被覆の代わりに、円筒状のスルーホールを含むキャストレート接触終端（castellated contact termination）を利用することが可能である。
【００８５】
スロット１２６、１２８内の接触終端が完成したら、電圧または電流定格やヒューズ分類コード等のヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）の動作特性に関係する標識によって下部外部絶縁レイヤ１２４（レイヤ５）をマーキングする（ステップ１７０）。このマーキング（ステップ１７０）は、例えば、レーザーマーキング、化学エッチング、またはプラズマエッチング等の既知のプロセスによって実行可能である。
【００８６】
ヒューズ１２０は、前述の方法によって個々に製造することが可能であるが、例示用の一実施例においては、ヒューズ１２０は、シートの形態で集合的に製造された後に、個々のヒューズ１２０に分離またはシンギュレートされる（ステップ１７２）。バッチプロセスで形成する場合には、エッチングおよび打抜きプロセスを高精度で制御することにより、ヒューズ可融リンク３０（これは、図１１に示されている）の様々な形状と寸法を同時に形成することが可能である。さらには、連続的な製造プロセスにおいて、ロールツーロール・ラミネーションプロセスを利用し、多数のヒューズを最小時間で製造することが可能である。さらなる追加ヒューズ素子レイヤおよび／または絶縁レイヤを利用することにより、大きなヒューズ定格および物理サイズのヒューズを供給することが可能である。
【００８７】
製造が完了した後に、接触終端を、ラインと、エネルギーの供給対象である回路の負荷電気接続部に接続することにより、ヒューズ可融リンク３０（これは、図１１に示されている）を通じて電気接続を確立することが可能である。
【００８８】
ヒューズ１２０は、図４および図５において前述したように、中間絶縁レイヤ２２、２４内のヒューズ可融リンク開口部４０、４２の１つまたは両方を除去することにより、さらに変更可能であることを認識されたい。この結果、ヒューズ１２０の様々なアプリケーションおよび様々な動作温度について、ヒューズ１２０の電気抵抗値を変化させることができる。
【００８９】
さらなる実施例においては、半透明の材料から外部絶縁レイヤ１２２、１２４の１つまたは両方を製造することにより、局所的なヒューズの状態標識を外部絶縁レイヤ１２２、１２４を通じて供給することが可能である。この結果、ヒューズ可融リンク３０が動作した際に、ヒューズ１２０を容易に識別して交換することが可能である。これは、電気システム内に多数のヒューズが利用されている場合に、特に有利である。
【００９０】
したがって、前述の方法によれば、低コストであって広く入手可能な材料を使用し、バッチプロセスにおいて、低廉な既知の技法およびプロセスを使用して、ヒューズを効率的に形成することが可能である。フォトケミカルエッチングプロセスによれば、非常に小さなヒューズの場合にも、薄いヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０および接触パッド３２、３４をかなり高精度に形成することが可能であり、均一な厚さおよび導電性により、ヒューズ１０の最終的な性能のばらつきが極小化される。また一方で、薄い金属フォイル材料を使用してヒューズ素子レイヤ２０を形成することにより、既知の匹敵するヒューズと比べて、非常に低い電気抵抗値のヒューズを構成することが可能である。
【００９１】
図１３および図１４は、それぞれ、本発明の代表的な態様に従って形成されたヒューズの第５実施例（ヒューズ２００）の斜視図および分解斜視図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ２００は、積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。ヒューズ２００は、後述する部分を除いて、ヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）と実質的に同様に構成されており、ヒューズ１２０の類似の参照符号が、図１３および図１４の類似の参照符号によって示されている。
【００９２】
代表的な実施例においては、ヒューズ２００は、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４の間に挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４とを含んでいる。ヒューズ素子レイヤ２０と、レイヤ２２、２４、１２２および１２４は、図１１および図１２と関連して前述したように製造され、組み立てられる。
【００９３】
ヒューズ素子レイヤ２０が、ヒューズ可融リンク開口部４０および４２の近傍にて吊り下げられているか、あるいは、上部または下部中間絶縁レイヤ２２、２４と直接接触した状態にある前述の実施例とは異なり、図１３および図１４のヒューズ素子レイヤ２０は、ポリマーメンブレイン（polymer membrane）２０２上において支持されている。ポリマーメンブレイン２０２は、ヒューズ素子２０を支持すると共に、ヒューズ素子レイヤ２０を形成する表面を提供する役割を果たしている。動作の際には、ポリマーメンブレイン２０２の炭化やポリマーメンブレイン２０２の表面上におけるアークトラッキングを伴うことなしに、ヒューズ素子レイヤ２０の金属製のヒューズ可融リンク３０が、溶融し、ヒューズ２００を通じた回路をクリア状態にする。
【００９４】
ポリマーメンブレイン２０２は、ヒューズ素子レイヤ２０内の特定の形状および長さのヒューズ可融リンクに対して、特に推奨される。例えば、ヒューズ素子レイヤ２０内において、曲がった（または、切り欠かれた）リンクを利用している場合には、回路をクリア状態にする前に、ヒューズ素子レイヤ２０が、ヒューズ可融リンクの上下に配置されているヒューズ可融リンク開口部４０および４２の表面に接触しないように、ポリマーメンブレイン２０２がヒューズ可融リンクを支持する。相対的に高電圧のヒューズおよび／または長さが長いヒューズ可融素子を具備する時間遅延ヒューズ素子の場合には（ならびに、複数の形および／または幾何学的形状のヒューズ可融リンクを利用している場合には）、許容可能なヒューズの動作を得るためにポリマーメンブレイン２０２が大きな役割を果たすと考えられる。素子の長さが長い時間遅延ヒューズの設計においては、ヒューズ素子レイヤ２０は、過負荷状態において、ヒューズ素子レイヤ２０の形成に使用した金属の熱膨張に関連する係数に従って膨張する。ヒューズ素子レイヤ２０の加熱は、そのヒューズ素子レイヤ２０の少なくとも一部が液体状態に溶融するまで継続される。ヒューズ素子レイヤ２０の加熱の際のポリマーメンブレイン２０２を通じた熱発散の結果として、ヒューズ２００の時間／電流特性における重要かつ望ましい変化を得ることができる。
【００９５】
ポリマーメンブレイン２０２は、ヒューズ２００のさらなる構造的な利益をさらに提供している。例えば、ポリマーメンブレイン２０２は、製造プロセスにおいて、ヒューズ素子レイヤ２０を支持することにより、ヒューズ可融リンクに構造的な強度を提供し、これによって、ヒューズ可融リンクを硬化させて、高温および高圧における一連のラミネーションプロセスにおける潜在的な破損を回避する。また一方で、ポリマーメンブレイン２０２は、ヒューズ素子レイヤを強化し、ヒューズの取扱および設置の際のヒューズ可融リンクの潜在的な破損を回避する。また一方で、ポリマーメンブレイン２０２は、使用の際の電流のオン／オフによる熱応力に起因する（これは、ヒューズ素子レイヤの熱膨張および収縮を引き起こす）ヒューズ可融リンクの破損の可能性を低減させる。したがって、このポリマーメンブレイン２０２の構造的な強度に起因し、電流のオン／オフに起因したヒューズ可融リンクの疲労による障害が軽減される。
【００９６】
したがって、ポリマーメンブレイン２０２またはヒューズ素子レイヤ２０用のその他の支持構造を内蔵することにより、ヒューズ２００は、向上した機械的なショック、熱的なショック、および衝撃に対する抵抗力、振動に対する耐性、ならびに、おそらくは、例えば、ヒューズ可融リンク３０が空中で吊り下げられているヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）よりも優れた性能を発揮する。
【００９７】
ポリマーメンブレイン２０２は、前述の特定のタイプまたはアプリケーションのヒューズの場合に、望ましいものであることがわかるが、高速で動作するヒューズおよび相対的に短いヒューズリンクを具備するヒューズの場合には、ヒューズ可融リンクは、ポリマーメンブレイン２０２を任意選択とするのに十分な構造的完全性と許容可能な性能を具備することが可能である。短いヒューズ可融リンクおよび高速動作ヒューズの場合には、ポリマーメンブレイン２０２の供給がヒューズ２００の時間／電流特性に大きな影響を具備する可能性は低い。
【００９８】
代表的な実施例においては、ポリマーメンブレイン２０２は、約０．０００５インチ以下の厚さを具備する薄いメンブレインであるが、代替実施例においては、これよりも厚いメンブレインを使用することが可能であることを理解されたい。薄いポリマーメンブレインは、理想的には、ヒューズが動作した際に、溶融、蒸発、またはその他の方法で分解する。ポリマーメンブレイン２０２の代表的な材料は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料および前述のもの等のポリイミドフィルム材料を含んでいる（ただし、これらに限定されない）。液体ポリイミド材料を利用し、スピンコーティング処理またはドクターブレード（doctor blade）による塗布を含む（ただし、これらに限定されない）既知のプロセスまたは技法により、ヒューズ素子レイヤ２０用の支持メンブレイン２０２を形成することも可能である。所望と必要性に応じて、ポリマーメンブレイン２０２を様々な形状に形成し、特定のヒューズ形成特性を具備するヒューズを構成することが可能である。
【００９９】
ヒューズ２００は、ポリマーメンブレイン２０２上にヒューズ素子レイヤ２０を形成する（または、その他の方法により、ポリマーメンブレイン２０２によってヒューズ素子レイヤ２０を支持する）ための変更を加えることにより、図１２に示されている方法１５０によって製造することが可能である。
【０１００】
図１５は、本発明の代表的な態様に従って形成されたヒューズの第６実施例（ヒューズ２１０）の分解斜視図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ２１０は、積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。ヒューズ２１０は、後述する部分を除いて、ヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）と実質的に同様に構成されており、ヒューズ１２０の類似の参照符号が、図１５の類似の参照符号によって示されている。
【０１０１】
代表的な実施例においては、ヒューズ２０は、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４に挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４とを含んでいる。ヒューズ素子レイヤ２０と、レイヤ２２、２４、１２２および１２４は、図１１および図１２と関連して前述したように製造され、組み立てられる。
【０１０２】
図１５の実施例では、前述の実施例とは異なり、アーク消去媒体２１２が、上部および下部中間絶縁レイヤ２２および２４のヒューズ可融リンク開口部４０および４２内に形成されている。この結果、ヒューズ素子レイヤ２０が開路状態になった際に、アークエネルギーの発散が円滑に行われ、ヒューズの電圧定格が増大することから、これは有益である。アークエネルギーによって、ヒューズが破裂し、周辺環境に及ぶと、ヒューズと関連する高感度な電気装置および電子部品が危険に晒され、この結果、近隣の人々や要員が危険な状態におかれる可能性がある。アークが発生した場合には、取り囲んでいるアーク消去媒体２１２が加熱して相遷移を経験し、エントロピーのために、アークエネルギーがアーク消去媒体に吸収される。したがって、アークエネルギーは、事実上、ヒューズ２１０内のヒューズ可融リンク開口部４０および４２の領域内に閉じ込められる。この結果、電気装置および部品への損傷が回避され、安全な動作環境が保たれる。
【０１０３】
一例として、アーク消去媒体２１２としては、アーク抑制特性を具備することが判明しているセラミック、シリコン、およびセラミック／シリコン複合材料を利用することが可能である。当業者であれば、粉末、懸濁液、または接着剤の形態のセラミック製品を使用し、既知のプロセスおよび技法により、ヒューズリンク開口部４０および４２に適用可能であることを理解することができるであろう。さらに詳しくは、ＲＴＶ等のシリコンと変性アルコキシシリコンをアーク消去媒体２１２として使用することが可能である。アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ三水和物（Ａｌ2Ｏ3＊３Ｈ2Ｏ）、および／またはＡｌ2Ｏ3＊ＭｇＯ＊ＳｉＯ2三元系の任意の化合物等のセラミック材料をアーク消去媒体２１２として同様に使用することが可能である。ＭｇＯ＊ＺｒＯ2化合物およびＡｌ2Ｏ3＊ＭｇＯ等の尖晶石、ならびに、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ2、ＮａＮＯ3）等の大きな変態熱を有するその他のアーク消去媒体も、アーク消去媒体２１０として使用するのに適している。
【０１０４】
図１５に示されているように、１つまたは複数の追加レイヤ（絶縁材料２１４）をヒューズ素子レイヤ２０の近傍に形成し、この内部に、ヒューズ可融リンク開口部２１６を形成することが可能である。絶縁レイヤ２１４は、前述の上部および下部絶縁レイヤ２２および２４と同一または類似の材料から製造することが可能である。アーク消去媒体２１２により、絶縁レイヤ２１４内の開口部２１６を充填する。この結果、追加的な絶縁およびアーク消去能力が付与され、相対的に高電圧のヒューズの望ましいヒューズ形成特性が実現する。
【０１０５】
このヒューズ２１０と組み合わせて、ポリマーメンブレイン２０２（これは、図１４に示されている）を利用することが可能であることを理解されたい。また一方で、ヒューズ２１０は、アーク消去媒体２１２と１つまたは複数の追加絶縁レイヤ２１４を内蔵するための適切な変更を加えることにより、図１２に示されている方法１５０によって製造することが可能であることをも理解されたい。
【０１０６】
図１６は、本発明の代表的な態様に従って形成されたヒューズの第７実施例（ヒューズ２２０）の分解斜視図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ２２０は、積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。ヒューズ２２０は、ヒューズ１２０（これは、図１１に示されている）と共通の要素を含んでいることから、ヒューズ１２０の類似の参照符号が、図１６の類似の参照符号によって示されている。
【０１０７】
代表的な実施例においては、ヒューズ２２０は、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４の間に挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４とを含んでいる。ヒューズ素子レイヤ２０と、レイヤ２２、２４、１２２および１２４については、図１１および図１２との関連で前述したとおりである。
【０１０８】
図１６の実施例では、無接着型である前述の実施例とは異なり、ヒューズ２２０は、ヒューズ素子レイヤ２０を上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４に固定されると共に、上部および下部中間絶縁レイヤ２２および２４を外部絶縁レイヤ１２２、１２４に固定するための接着要素２２２（これは、図１６に破線によって示されている）を含んでいる。従来の接着剤とは異なり、例示用の一実施例の接着要素２２２は、ヒューズ素子レイヤ２０が開路状態になり、ヒューズ２２０を通じた回路をクリア状態にする際に、炭化したり、あるいは、アークトラッキングしたりしない。また一方で、接着要素２２２は、ヒューズ２２０の製造の際に、相対的に低いラミネーション温度および圧力を許容しているのに対し、前述の無接着型の実施例は、相対的に高いラミネーション温度および圧力を必要としている。ヒューズ２２０を製造する際のラミネーション温度および圧力の低減により、ヒューズ２２０を製造する際のエネルギー消費量の節減と製造手順の単純化を含む（ただし、これらに限定されない）多数の利益が提供され、これらのそれぞれによって、ヒューズ２２０を形成するためのコストが節減される。
【０１０９】
様々な実施例において、接着要素２２２は、例えば、ポリイミド液体接着剤、ポリイミド接着フィルム、またはシリコン接着剤であってよい。さらに詳しくは、エスパネックス  ＳＰＩ（Espanex SPI）およびエスパネックス  ＳＰＣ（Espanex SPC）接合フィルムを使用することが可能である。あるいは、その代わりに、液体ポリマーをスクリーン印刷または鋳造した後に、硬化させて、接着要素２２２を形成することも可能である。
【０１１０】
接着フィルムを接着要素２２２として利用する際には、接着フィルムを事前にパンチングし、上部および下部中間絶縁レイヤ２２および２４内にヒューズ可融リンク開口部４０および４２を形成することが可能である。開口部４０および４２の形成が完了したら、接着要素２２２を各々の中間絶縁レイヤ２２および２４と外部レイヤ１２２、１２４に積層する。ラミネーションプロセスにおいては、オーバーレイフィルムおよびインクの形態のポリイミドプレカーソルを利用することが可能であり、硬化が完了した後には、ポリイミドの電気的、機械的および寸法的な特性のいずれもが、先程詳述したポリイミドの利点と共に、適切なものになる。
【０１１１】
さらなる実施例においては、接着要素２２２は、金属製のフォイルヒューズ素子レイヤ２０を封入することが可能である。例えば、相対的に低い溶融温度のヒューズ形成合金または金属を使用したり、メトカルフ（Metcalf）タイプの合金系を使用したりする場合には、相対的に低い硬化温度の封入材料を使用することが可能である。
【０１１２】
図１６には、４つの接着要素２２２が示されているが、代替実施例においては、本発明の範囲を逸脱することなしに、ヒューズ２２０の利益の少なくともいくつかを取得しつつ、さらに多くのまたは少ない数の接着要素２２２を利用することが可能であることを理解されたい。
【０１１３】
必要に応じて、ヒューズ２２０と組み合わせて、ポリマーメンブレイン２０２（これは、図１４に示されている）を利用することが可能であることを理解されたい。また一方で、接着要素２２２を内蔵するための適切な変更を加えることにより、図１２に示されている方法１５０によってヒューズ２２０を製造することが可能であることをも理解されたい。また一方で、必要に応じて、ヒューズ２２０内において、アーク消去媒体２１２（これは、図１５に示されている）および１つまたは複数の追加絶縁レイヤ２１４（これも、図１５に示されている）を利用することも可能であることを理解されたい。
【０１１４】
図１７は、本発明の代表的な態様に従って形成されたヒューズの第８実施例（ヒューズ２３０）の概略図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ２３０は、積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。ヒューズ２３０は、前述の実施例と共通の要素を含んでおり、ヒューズ２３０の類似の参照符号が、図１７の類似の参照符号によって示されている。
【０１１５】
代表的な実施例においては、ヒューズ２３０は、上部および下部中間レイヤ２２、２４によって挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４とを含んでいる。ヒューズ素子レイヤ２０と、レイヤ２２、２４、１２２および１２４は、図１１および図１２との関連で前述したとおりである。
【０１１６】
図１７の実施例では、前述の実施例とは異なり、ヒューズ２３０は、ヒートシンク２３２と追加の絶縁レイヤ２１４（これは、図１５にも示されている）を含んでいる。熱的なヒートシンク２３２は、ヒューズ素子レイヤ２０のヒューズ可融リンク３０の近傍に配置されており、ヒートシンク２３２は、特定のヒューズ応用製品における時間遅延特性を改善する。電流が流れるに伴って、通常、ヒューズ素子レイヤ２０の中心が（すなわち、図１７に示されているヒューズ可融リンク３０の場所が）局所的に加熱した際に、ヒートシンク２３２は、ヒューズ素子レイヤ２０から熱を除去する。この結果、ヒューズ素子レイヤ２０をその溶融点まで加熱し、指定の電流過負荷状態において、ヒューズ２３０を開路状態にするかまたは作動させるのに必要な期間が増大することになる。
【０１１７】
代表的な実施例においては、ヒートシンク２３２は、ヒューズ素子レイヤ２０の上または下において、ヒューズ素子の近傍に配置されたセラミックまたは金属要素であるが、その他の実施例においては、その他のヒートシンク材料およびヒートシンク２３２の相対的な位置を利用することが可能であることを理解されたい。一実施例においては、図１７に示されているように、ヒートシンク２３２は、動作の際に、ヒューズ素子レイヤ２０の最も熱い部分から離れたところに配置されている。すなわち、ヒートシンク２３２は、図１７の例示用の実施例においては、素子レイヤ２０の中心またはヒューズ可融リンク３０から離れたところに配置されている（すなわち、離隔している）。ヒューズ可融リンク３０からヒートシンク２３２を離隔させることにより、ヒューズ素子レイヤ２０を通じた回路の開路およびクリアリングをヒートシンク２３２が妨げないようにしている。
【０１１８】
必要に応じて、ヒューズ２２０と組み合わせて、ポリマーメンブレイン２０２（これは、図１４に示されている）を利用することが可能であることを理解されたい。また一方で、ヒューズ２３０においては、必要に応じて、アーク消去媒体２１２（これは、図１５に示されている）と１つまたは複数の追加の絶縁レイヤ２１４（これも図１５に示されている）を利用することも可能であることを理解されたい。接着要素（これは、図１６に示されている）も同様にヒューズ２３０内において利用可能である。また一方で、前述の特徴を内蔵するための適切な変更を加えることにより、図１２に示されている方法１５０によってヒューズ２２０を製造することが可能であることをも理解されたい。
【０１１９】
図１８は、前述のヒューズ素子のいずれかのものに使用可能なヒューズ素子レイヤ２０の代表的な一実施例の平面図である。図１８に示されているように、ヒューズ素子２０は、ヒーター要素２４０を含んでいる。特に、相対的に低い溶融温度の材料を使用してヒューズ素子レイヤ２０を形成する場合には、ヒーター要素２４０を追加することにより、高速動作および高サージ耐久性を有するヒューズを容易に実現することが可能である。通常、非常に高速の動作特性を有するヒューズは、例えば、ＬＣＤフラットパネルディスプレイ等の応用製品において経験する注入電流（inrush current）に耐えることができない。ヒーター要素２４０により、ヒューズ素子レイヤ２０は、ヒューズを開路状態にすることなしに、このような注入電流に耐えることができる。
【０１２０】
代表的な実施例においては、ニッケル、バルコ（Balco）、白金、カンタル（Kanthal）、またはニクロム等のヒーター合金をヒーター要素２４０として使用し、既知のプロセスおよび技法により、ヒューズ素子レイヤ２０に適用することが可能である。バルク抵抗率、抵抗の温度係数（Temperature Coefficient of Resistance：ＴＣＲ）、安定性、線形性、およびコスト等の材料特性に基づいて、これらおよびその他の代替材料および金属をヒーター要素２４０として選択することが可能である。
【０１２１】
図１８の大文字のＩの形状の特定のヒューズ素子レイヤ２０上には、２つのヒーター要素２４０が示されているが、ヒューズ素子レイヤは、本発明の範囲を逸脱することなしに、図６〜図１０に示されている形状を含む（ただし、これらに限定されない）様々な幾何学的形状に形成することが可能であり、かつ、異なるヒューズ素子形状に適合するように、あるいは、特定の性能パラメータに適用可能な仕様を実現するべく、さらに多くのまたは少ない数のヒーター要素２４０を利用することが可能であることを理解されたい。
【０１２２】
図１９は、絶縁レイヤ２５２上に形成されたヒューズ素子レイヤ２５０の一部の代表的な実施例の平面図である。ヒューズ素子レイヤ２５０は、前述のヒューズ素子レイヤ２０と関連して説明した方式により、図１０に示されているものに類似した形状に形成されている。絶縁レイヤ２５２は、前述の下部中間絶縁レイヤ２４と関連して説明したように形成されている。このヒューズ素子レイヤは、前述のヒューズの実施例のいずれかにおいて使用することが可能であり、図１４〜図１８において説明した任意の選択された特徴（すなわち、ポリマーメンブレイン２０２、アーク消去媒体２１２、接着要素２２２、ヒートシンク２３２、またはヒーター２４０）と組み合わせて使用することが可能である。
【０１２３】
ヒューズ可融リンク２５４は、絶縁レイヤ２５２内に形成されたヒューズ可融リンク開口部２５６を横断して伸びており、ヒューズ可融リンクは、曲がったヒューズ素子レイヤ２５０の残りの部分と比べて、小さな幅を具備している。曲がったヒューズ素子レイヤ２５０とヒューズ可融リンク２５４は、相対的に長い導電性経路を絶縁レイヤ２５２上において確立しており、時間遅延ヒューズに好適である。
【０１２４】
当業者であれば、ヒューズ素子レイヤ２５０が溶融する時点は、ヒューズ素子レイヤ２５０の最大エネルギー吸収能力（Ｑ）を算出することによって判定可能であることを理解することができるであろう。さらに詳しくは、最大エネルギー吸収能力は、次の関係（式（５））によって演算される。
【０１２５】
Ｑ＝∫ｉ2Ｒｄｔ＝ＣpΔＴδｖ＝ＣpΔＴδＡｌ      （５）
【０１２６】
ここで、ｖは、形成されたヒューズ素子レイヤ形状の材料の容積であり、ｉは、ヒューズ素子を通じて流れる瞬間的な電流値であり、ｔは、ヒューズ素子を通じて流れる電流の時間値であり、ΔＴは、時間ｔにおけるヒューズ素子レイヤを形成するのに使用した材料の溶融温度と材料の周辺温度との差であり、Ｃpは、ヒューズ素子レイヤ材料の比熱容量であり、δは、ヒューズ素子レイヤの材料の密度であり、Ａは、ヒューズの断面積であり、ｌは、ヒューズ素子の長さである。
【０１２７】
ヒューズ素子レイヤに使用される材料の断面積、長さおよびタイプは、次の関係式（式（６））により、その電気抵抗値（Ｒ）に影響を与えることになる。
【０１２８】
Ｒ＝ρｌ／Ａ      （６）
【０１２９】
ここで、ρは、ヒューズ素子レイヤの材料の抵抗率であり、ｌは、ヒューズ素子の長さであり、Ａは、ヒューズ素子の断面積である。
【０１３０】
式（４）および式（５）を検討することにより、ヒューズの既定の電気抵抗値以下において、提供されかつ指定されたヒューズ形成特性に対応する適切な断面積と長さを有するヒューズ素子レイヤを設計することが可能である。この結果、低抵抗ヒューズを構成し、特定の目的以上を満足することが可能である。
【０１３１】
例えば、ヒューズ素子レイヤ２５０の上および下の両方に位置する絶縁レイヤ内のヒューズ可融リンク開口部２５６と組み合わせて、低蒸発温度合金から製造されたヒューズ素子レイヤ２５０と直列の１つまたは複数のヒーター要素２４０（これは、図１８に示されている）を使用することにより、ヒューズの動作に最適な断熱状態が生成される。
【０１３２】
理想的なヒューズ形成状態は、電流過負荷状態において、熱の利得と損失が存在しない断熱状態である。断熱状態においては、取り囲んでいる要素との熱の交換を伴うことなしに、回路がクリア状態にされる。現実には、断熱状態は、ヒューズの終端またはヒューズのレイヤからの熱の発散に、ほとんど時間を所要しないか、または、この時間がまったく存在しない非常に高速の開路イベントにおいてのみ、発生する。ただし、ヒューズ可融リンクの周りの断熱エンベロープをモデル化することにより、熱の利得または損失が存在しない熱力学系内にヒューズ可融リンクを封入することによって、一貫性のある近似的な断熱状態を実現することが可能である。
【０１３３】
断熱モデルエンベロープは、ヒューズ可融リンクを低熱伝導率材料によって取り囲むことにより、少なくとも部分的に実現することが可能である。例えば、ヒューズ素子レイヤのいずれかの面上の上部および下部絶縁レイヤ内のヒューズ可融リンク開口部を介してヒューズ形成素子を取り囲んでいるエアポケットは、ヒューズ可融リンクを絶縁しており、ヒューズの各々のレイヤを通じた熱の発散を防止している。また一方で、最小のアスペクト比（すなわち、素子の幅を素子の厚さで除算したもの）を有するヒューズ素子形状を構成することにより、例えば、上部および下部中間絶縁レイヤへの熱伝達に使用されるヒューズ素子レイヤの表面積を低減させる。また一方で、前述のヒーター要素２４０等のヒーター要素をヒューズ形成素子と直列に配置することにより、ヒューズ素子からヒューズの各レイヤとヒューズ終端への熱伝達を防止する。
【０１３４】
前述のように断熱エンベロープをモデル化することにより、過電流が発生した際に、ジュール熱が吸収されず、ヒューズ素子を迅速に溶融させて除去することが可能である。ヒューズ素子が溶融した後にアークが生じる場合にも、アークを生成する可能性が高い金属蒸気は、エンベロープ内に閉じ込められる。
【０１３５】
ヒューズの前述の実施例においては、前述のように、ヒューズ素子の最大エネルギー吸収能力と組み合わせてヒューズマトリックスの熱拡散率を検討することにより、ヒューズの電気特性を予測することが可能である。熱伝導式における熱拡散率は、次の式（７）のように、定数である。
【０１３６】
δＴ（ｒ，ｔ）／δｔ＝ＫΔ2（ｒ，ｔ）      （７）
【０１３７】
これは、熱が媒体を通じて伝導する速度を表しており、次の関係（式（７））により、熱伝導率ｋ、比熱Ｃpおよび密度ρに関係している。
【０１３８】
Ｋ＝Ｉmfpv＝ｋ／ρＣp      （８）
【０１３９】
図２０は、本発明の代表的な態様に従って形成されたヒューズ製品２６０の分解斜視図である。前述のヒューズと同様に、ヒューズ２６０は、積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。ヒューズ２６０は、前述の実施例と共通の要素を含んでいることから、類似の参照符号が、図１７の類似の参照符号によって示されている。
【０１４０】
代表的な実施例においては、ヒューズ２６０は、上部および下部中間絶縁レイヤ２２、２４によって挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ２０と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持している上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４とを含んでいる。ヒューズ素子レイヤ２０と、レイヤ２２、２４、１２２および１２４については、図１１および図１２との関連で前述したとおりである。図１５との関連で前述した追加の絶縁レイヤ２１４も形成されている。
【０１４１】
図２０の実施例では、前述の実施例とは異なり、レイヤの中の１つまたは複数のものの形成を円滑に実行するべく、マスク２６２が形成されている。マスク２６２は、レイヤの中の１つのものの内部のヒューズ可融リンク開口部に対応する開口部２６４と、各々のレイヤを成形するための丸い終端溝２６６とを規定している。マスク２６２を利用し、製造プロセスにおいて、ヒューズのヒューズ可融リンク開口部と個々のレイヤの終端の形成を円滑に実行することができる。代表的な実施例においては、マスク２６２は、プラズマエッチングプロセスにおいて使用される銅フォイルマスクであるが、必要に応じて、その他の材料およびその他の技法を利用し、ヒューズの開口部とレイヤの終端を形成および成形することも可能であると考えられる。
【０１４２】
代表的な実施例においては、マスク２６２は、ヒューズの各レイヤが１つに積層される前に、その構造から物理的に除去される。別の実施例においては、マスクは、最終的なヒューズ製品の内部のレイヤ内に内蔵することが可能である。
【０１４３】
図２１は、ヒューズの別の代表的な実施例３００の分解斜視図である。代表的な実施例においては、ヒューズ３００は、いくつかの面において、ヒューズ１２０（これについては、図１２との関連で図示および説明している）に類似しており、したがって、ヒューズ１２０の類似の構成要素が、図２１の類似の参照符号によって示されている。
【０１４４】
前述のヒューズ１２０と同様に、ヒューズ３００は、図２１に示されている積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。具体的には、代表的な実施例においては、ヒューズ３００は、基本的に、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４によって挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ３０２と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４を含む５つのレイヤから構成されている。
【０１４５】
図２１の実施例では、電着によるヒューズ素子レイヤ（この電着レイヤは、次いで、エッチングまたはその他のプロセスによって絶縁レイヤから除去され、中間絶縁レイヤの１つの上において成形される）を具備する前述のヒューズ実施例とは異なり、ヒューズ素子レイヤ３０２は、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３および３０４とは独立的に製造および形成された電気鋳造による３〜２０ミクロンの厚さの銅フォイルである。より具体的には、例示用の一実施例においては、ヒューズ素子レイヤは、ヒューズ素子レイヤの所望の形状をメッキし、フォトレジストがコーティングされた基板上において、ネガティブイメージを鋳造する電気鋳造プロセス等の既知の付加的なプロセスによって製造されている。続いて、この鋳造されたネガティブイメージ上に、金属（例えば、銅）の薄いレイヤをメッキし、ついで、メッキされたレイヤを鋳型から剥がすことにより、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３および３０４の間で伸びる独立型のフォイルを生成している。
【０１４６】
ヒューズ素子レイヤ３０２を別個に独立的に形成することにより、ヒューズ３００を構成する際に、その他のレイヤに対するヒューズ素子レイヤの制御および位置の精度が向上する等のいくつかの利点が実現する。前述の実施例のエッチングプロセスと比較し、ヒューズ素子レイヤ３０２を独立的に形成することにより、そのエッジにおけるヒューズ素子レイヤの形状を高精度で制御することが可能になる。エッチングの場合には、形成された際に、生成されるヒューズ素子レイヤの側部エッジが傾くまたは傾斜する傾向を有しているが、電気鋳造プロセスによれば、実質的に垂直の側部エッジを実現することが可能であり、この結果、製造されるヒューズの電気抵抗値の公差が低減される。また一方で、ヒューズ素子を別個に独立的に形成することにより、垂直方向（すなわち、絶縁レイヤに対して垂直方向）の寸法において様々な厚さのヒューズ素子を提供し、ヒューズ素子レイヤ３０２の垂直方向のプロファイルまたは輪郭を生成し、性能特性を変化させる。さらには、別個で独立した形成プロセスにおいて、複数の金属または金属合金を使用し、ヒューズ素子の異なる領域内に異なる金属組成を具備するヒューズ素子を構成することも可能である。例えば、ヒューズ可融リンク３０を第１金属または合金から製造し、接触パッドを第２金属または合金から製造することが可能である。
【０１４７】
代表的な実施例においては、ヒューズ素子レイヤ３０２は、大文字のＩの形状に形成されており、狭いヒューズ可融リンク３０が、矩形の接触パッド３２、３４間に伸び、ヒューズ可融リンク３０を通じて流れる電流が既定の閾値を超過した際に開路状態にするような寸法になっている。ただし、様々な寸法のヒューズ可融リンクを利用することが可能であり、ヒューズ素子レイヤ３０２は、銅フォイルの代わりに、様々な金属フォイル材料および合金から形成することが可能であると考えられる。また一方で、後程詳述するように、メトカルフ（Metcalf）タイプの合金法をヒューズ可融リンク３０に適用し、ヒューズ可融リンク３０の動作特性を変更するＭスポットを形成することも可能であるとさらに考えられる。
【０１４８】
上部中間絶縁レイヤ３０３は、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２上に位置しており、これを貫通して伸び、かつ、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２のヒューズ可融リンク３０上に位置する円形のヒューズ可融リンク開口部４０を含んでいる。代表的な実施例における開口部４０は、ヒューズリンク開口部４０が製造プロセスの後工程において形成される以前の実施例とは異なり、上部絶縁レイヤ３０３内に事前に形成されている。
【０１４９】
下部中間絶縁レイヤ３０４は、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２の下に位置しており、円形のヒューズリンク開口部４２を含んでいる（この場合も、代表的な実施例においては、下部絶縁レイヤ３０４内に事前に形成されている）。ヒューズリンク開口部４２は、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２のヒューズ可融リンク３０の下に位置している。したがって、ヒューズ可融リンク３０がフォイルヒューズ素子３０２の接触パッド３２、３４間において伸びる際に、ヒューズ可融リンク３０が中間絶縁レイヤ３０３、３０４のいずれの表面にも接触しないように、ヒューズ可融リンク３０は、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４内の個々のヒューズリンク開口部４０、４２を横断して伸びている。換言すれば、ヒューズ３００の製造が完了した際に、ヒューズ可融リンク３０は、各々の中間絶縁レイヤ３０３、３０４内のヒューズリンク開口部４０、４２により、エアポケット内において、事実上、吊り下げられている。
【０１５０】
したがって、ヒューズリンク開口部４０、４２は、従来のヒューズにおいては、ヒューズの電気抵抗値の増大に寄与する中間絶縁レイヤ３０３、３０４に対する熱伝達を防止している。したがって、ヒューズ３００は、既知のヒューズよりも低い電気抵抗値で動作し、この結果、既知の匹敵するヒューズよりも、回路が安定する。また一方で、既知のヒューズとは異なり、ヒューズリンク開口部４０、４２によって生成されるエアポケットにより、アークトラッキングが妨げられ、ヒューズ可融リンク３０を通じた回路の完全なクリアリングが円滑に実行される。また一方で、エアポケットは、ヒューズ可融リンクが動作した際に、その内部のガス抜きを実行し、ヒューズ内部の望ましくないガスの蓄積および圧力を軽減させる。ただし、さらなる実施例においては、ヒューズリンク開口部４０および４２は、例えば、ヒューズ２１０（これについては、図１５との関連で図示および説明している）との関連で前述したアーク消去媒体を含むことも可能であることを理解されたい。また一方で、さらなる実施例においては、アーク消去媒体は、後述するように、ヒューズ３００のレイヤを１つに接合する接着剤の内部に含むことも可能である。
【０１５１】
前述のように、上部および下部中間絶縁レイヤは、それぞれ、例示用の一実施例においては、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００２インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。代替実施例においては、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート（これは、しばしば、ＰＥＮと呼ばれる）、ロジャーズ  コーポレーション社から市販されているザイブレックス（Zyvrex）液晶ポリマー材料、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料を利用することが可能である。
【０１５２】
上部外部絶縁レイヤ１２２は、上部中間レイヤ３０３上に位置しており、上部外部絶縁レイヤ１２２上に伸び、かつ、上部中間絶縁レイヤ３０３のヒューズ可融リンク開口部４０上に位置する連続した表面５０を含んでおり、これにより、ヒューズ可融リンク３０を上から封入し十分に絶縁している。さらなる実施例においては、上部外部絶縁レイヤ１２２および／または下部外部絶縁レイヤ１２４は、ヒューズ可融リンク開口部４０、４２内の開路状態になっているヒューズの視認を容易にする半透明または透明な材料から製造されている。
【０１５３】
下部外部絶縁レイヤ１２４は、下部中間絶縁レイヤ３０４の下に位置しており、切れ目のない状態にある（すなわち、開口部を具備していない）。したがって、下部外部絶縁レイヤ１２４の連続した切れ目のない表面は、下部中間絶縁レイヤ３０４のヒューズ可融リンク開口部４２の下においてヒューズ可融リンク３０を十分に絶縁している。
【０１５４】
例示用の一実施例においては、上部および下部外部絶縁レイヤは、それぞれ、デラウエア州ウィルミントンに所在するイー．アイ．デュポン  デュ  ネモーラ  アンド  カンパニー社からＫＡＰＴＯＮ（登録商標）という商標で市販されている０．００５インチの厚さのポリイミドフィルム等の誘電体フィルムにより製造されている。ただし、代替実施例においては、ＣＩＲＬＥＸ（登録商標）無接着型ポリイミドラミネーション材料、ピロラックス（Pyrolux）、ポリエチレンナフタレンジカルボキシレート、およびこれらに類似したもの等のその他の好適な電気絶縁材料が利用可能であることを理解されたい。
【０１５５】
上部外部絶縁レイヤ１２２と下部外部絶縁レイヤ１２４は、それぞれ、その横側面内に形成され、ヒューズリンク接触パッド３２、３４の上および下を伸びる丸い終端スロットまたは孔１２６、１２８を含んでいる。同様に、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４も、その横側面内に形成された丸い終端スロットまたは孔３０６、３０８を含んでおり、ヒューズ素子レイヤ３０２も、その横側面上に丸い終端スロットまたは孔３１０、３１２を含んでいる。ヒューズ３００の各々のレイヤが組み立てられた際に、終端スロット１２６、１２８、３０６、３０８、３１０および３１２の垂直面が金属被覆されて、ヒューズ３００のそれぞれの横端部上に接触終端が形成され、金属被覆ストリップ１３４、１３６が、それぞれ、上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４の外部表面上に伸びる。この結果、ヒューズ３００は、ヒューズ素子の接触パッド３２、３４に対する電気接続を確立しつつ、プリント回路基板に表面実装することが可能である。
【０１５６】
ヒューズ３００の製造に利用する代表的な製造プロセスについて説明するために、次の表に示されているように、ヒューズ３００の各々のレイヤに名称を付与することとする。
【０１５７】
【表５】
2006237008.tif 000010
【０１５８】
図２２は、ヒューズ３００（これは、図２１に示されている）を製造するための代表的な方法３２０のプロセスを説明するためのフローチャートである。この図においては、前述の呼称法を使用している。フォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が、例えば、前述の電気鋳造プロセスによって事前に形成され、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３および３０４（レイヤ２および４）のそれぞれとは別個に独立的に製造された独立型のヒューズ素子レイヤが製造される３２２。ヒューズ素子レイヤ３０２の電気鋳造は、その他のものに加え、化学エッチング法と比べた場合に、中間絶縁レイヤ３０３および３０４に対するヒューズ素子構造の良好な制御、アライメントおよび精度と、前述のヒューズ素子の化学エッチングと比べた場合に、ヒューズ３００の製造コストの低減とを提供すると考えられる。
【０１５９】
フォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）は、大文字のＩの形状のフォイルヒューズ素子が、前述のように残るように、形成されるが、本発明のさらなる実施例および／または代替実施例においては、図６〜図１０に示されているものを含む（ただし、これらに限定されない）様々な形状のヒューズ可融素子が利用可能であることを理解されたい。さらなる実施例および／または代替実施例においては、前述の電気鋳造プロセスの代わりに、その他の既知の製造技法により、ヒューズ素子レイヤ３０２を独立型のレイヤに形成することが可能であるとさらに考えられる。
【０１６０】
フォイルヒューズ素子レイヤ（レイヤ３）を形成した後に（ステップ３２２）、ヒューズ素子開口部またはウィンドウ４０および４２が、穿孔等の既知の方法により、上部および下部中間レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内に形成されるが（ステップ３２４）、その他のウィンドウ形成技法も同様に利用することが可能である。ヒューズ素子開口部４０および４２は、ヒューズのレイヤの中のいくつかを１つに積層した後に上部および下部中間絶縁レイヤ内にヒューズ素子開口部が形成される前述の実施例のいくつかとは異なり、ヒューズの各々のレイヤを組み立てる前に、レイヤ２および４内に事前に形成される。
【０１６１】
ヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）の形成と上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内におけるヒューズ素子開口部４０、４２の形成が完了したら、ヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）の間に挟持されるように、ヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）を上部および下部中間絶縁レイヤ（レイヤ２および４）の間に配置する。上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）は、前述のように既知のラミネーション法により、独立型のヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）上に積層される（ステップ３２６）。これによって、中間絶縁レイヤ３０３および３０４（レイヤ２および４）の間にフォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が挟持された３レイヤ積層物が形成される。
【０１６２】
レイヤ２、３、および４の積層が完了したら、ヒューズリンクの動作の際にメトカルフ（Metcalf）効果を生成するべく、Ｍスポット３２８がヒューズ可融リンク３０上に形成される（ステップ３３０）。当業者であれば、ヒューズ可融リンク３０が電気的過負荷に起因して加熱するに伴い、低融点材料がヒューズ可融リンク３０の親材料内に拡散し、これによって、ヒューズ可融リンクの電気抵抗値が上昇し、ヒューズ可融リンクの電気負荷がさらに増大するように、ヒューズ可融リンク３０の親材料（例えば、銅または銅合金）よりも低い融点を具備する材料（例えば、すずまたはすず合金）を導入することにより、Ｍスポットが形成または生成されることを理解するであろう。負荷が過大になると、ヒューズ可融リンクが機能を停止し、電気接続が維持されなくなる。低融点材料の存在により、ヒューズ可融リンクの動作特性が変化し、この結果、高過負荷におけるヒューズリンクの動作に大きな影響を与えることなしに、溶融を伴うことなく無制限に搬送される最大電流が減少することになる。この機能は、しばしば、「メトカルフ（Metcalf）効果」または「Ｍ効果」と呼ばれている。
【０１６３】
代表的な実施例においては、Ｍスポットを形成するための低融点材料は、電気メッキまたは電着法等の既知のプロセスにより、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内の事前に形成されたヒューズ素子開口部４０、４２の中の１つまたは両方を通じて、ヒューズ可融リンク３０に形成される。図２２に示されているように、Ｍスポット３２８は、レイヤ２、３、および４が互いに積層された後に（ステップ３２６）、ヒューズ可融リンク３０に形成される。このヒューズ構造によれば、ヒューズが部分的に組み立てられた後に、かつ、ヒューズ可融リンクがレイヤ２および４のヒューズ素子開口部４０および４２内の空中で吊り下げられている際に、Ｍスポットを形成することが可能である。レイヤ２、３、および４が１つに積層された後にＭスポットを形成することにより、Ｍスポットの高精度の配置および形成を保証することが可能である。また一方で、中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）のヒューズ素子開口部４０、４２を事前に形成することにより、前述の実施例におけるレイヤ２、３、および４のラミネーション後のウィンドウの事後形成とは対照的に、ヒューズの製造が簡単になり、ウィンドウを形成する際のＭスポットおよび／またはヒューズ可融リンクに対する損傷を回避しつつ、Ｍスポットの形成が円滑に実行される。
【０１６４】
Ｍスポット３２８は、特定の実施例においては、有益であると考えられるが、その他の実施例においては、必要に応じて、省略することが可能であることを理解されたい。
【０１６５】
図２２を再度参照すれば、レイヤ２、３、および４を互いに積層した後に（ステップ３２６）、アーク消去媒体３３２を上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内のヒューズ素子開口部４０および４２に形成する（ステップ３３４）。前述のように、アーク消去媒体は、前述の材料のいずれかまたはアーク抑制特性を具備するその他の既知の材料であってよい。一実施例においては、アーク消去材料は、硫酸バリウム、アルミニウム三水和物、およびこれらに類似したもの等の無機充填剤を有するポリマーベースの材料である。粒子サイズが１〜５ミクロンの１０〜６０重量％のアーク抑制材料（例えば、硫酸バリウム、アルミニウム三水和物、およびこれらに類似したもの）を含むＵＶアクリル接着剤を利用して、ヒューズ素子開口部４０および４２内にスクリーン印刷または供給することにより、アーク消去媒体を形成することが可能である。アーク消去材料は、代表的な実施例においては、ＵＶ硬化可能である。
【０１６６】
アーク消去媒体３３２は、ヒューズ可融リンク３０の近傍のヒューズ素子開口部４０および４２を実質的に充填し、一実施例においては、アーク消去媒体は、その内部にヒューズ可融リンク３０を封入している。
【０１６７】
アーク消去媒体をヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）の近傍に形成した後に（ステップ３３４）、ステップ３２６からの３レイヤの組み合わせ（レイヤ２、３、および４）に、外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）を積層する（ステップ３３６）。外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）は、当技術分野において既知のプロセスおよび技法を使用し、３レイヤの組み合わせに積層される（ステップ３３６）。一実施例においては、外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）は、事前に金属被覆されており、その上部に、メッキ、堆積、またはその他の方法で形成された（中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）から外側に面している）金属フォイルの薄いレイヤ３３７（例えば、銅フォイル）を含んでおり、この金属フォイル３３７は、後述するように、ヒューズ３００の表面実装終端を形成している。
【０１６８】
本発明にとって特に有利であるラミネーションの１つの形態は、デラウエア州ベアに所在するアーロン  マテリアルズ  フォー  エレクトロニクス社から入手可能なもの等の非フロー型プリプレグ材料を使用するものである。このような材料は、スルーホール障害の可能性を低減させるアクリル接着剤の膨張特性を下回る膨張特性を具備すると共に、層割れを伴うことなしに、その他のラミネーション接合剤よりも良好な熱サイクルに対する耐性を有している。しかしながら、接合剤の要件は、製造されるヒューズの特性に応じて変化し得るものであり、したがって、１つのタイプのヒューズまたはヒューズ定格に不適当なラミネーション接合剤が、別のタイプのヒューズまたはヒューズ定格には許容可能であることを理解されたい。
【０１６９】
外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）が積層され、５レイヤの組み合わせが形成された後に（ステップ３３６）、このステップ３３６において形成された５レイヤの組み合わせを貫通して、スルーホール１２６、１２８、３０６、３０８、３１０および３１２によって集合的に規定されたヒューズ３００のそれぞれの端部上の長いスルーホールが形成され（ステップ３３８）、ヒューズ素子レイヤ３０２の接触パッド３２、３４を露出させる。様々な実施例においては、スロット３０６、３０８、３１０および３１２を形成する際には（ステップ３３８）、レーザー機械加工、化学エッチング、プラズマエッチング、パンチング、または穿孔が行われる。
【０１７０】
外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）が、中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）とは反対の外部表面上において、既知のメッキ処理等の銅フォイルによって金属被覆され（ステップ３４０）、かつ、ステップ３３８において形成されたスルーホール内においても、一実施例においては、銅によって金属被覆メッキされ、この結果、ヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）と外部絶縁レイヤ（レイヤ１および５）の事前に金属被覆されている外部表面との電気接続が確立される。ついで、事前に金属被覆されている外部絶縁レイヤ１２２、１２４がエッチングされ、外部絶縁レイヤの横エッジにおいて終端ストリップ１３４および１３６（図２１）が形成される（ステップ３４２）。代表的な実施例においては、既知のメッキプロセスにおいて、ニッケル／金、ニッケル／すず、ならびに、ニッケル／すず／鉛およびすず−ニッケル／すず−鉛を利用し、スルーホール１２６、１２８、３０６、３０８、３１０および３１２内の終端と終端ストリップ１３４、１３６を完成させることができる。この結果、例えば、プリント回路基板等への表面実装に特に適したヒューズ３００を製造することが可能であるが、その他のアプリケーションにおいては、表面実装の代わりに、その他の接続方式を使用することが可能である。
【０１７１】
代替実施例においては、図２２に示されている円筒形のスルーホールを具備する前述のキャストレート接触終端（castellated contact termination）の代わりに、ヒューズ３００の横エッジ内に、長いスルーホール終端およびスロット（図１１の実施例に類似したもの）を形成することが可能である。また一方で、別の実施例においては、エッジ終端は、例えば、銀充填エポキシ等の導電性インク内にヒューズ３００の端部を浸してヒューズ３００の端部エッジを包むことにより、ヒューズレイヤの横エッジ上に形成することが可能である。
【０１７２】
ステップ３４０およびステップ３４２において接触終端が完成したら、電圧または電流定格やヒューズ分類コード等のヒューズ３００（これは、図２２に示されている）の動作特性に関係する標識により、上部および下部外部絶縁レイヤ１２２および１２４の１つ（レイヤ１または５）をマーキングすることが可能である（ステップ３４４）。このマーキング（ステップ３４４）は、例えば、レーザーマーキング、化学エッチング、プラズマエッチング、スクリーン印刷、またはフォトイメージャブルインク（photo-imagable ink）等の既知のプロセスによって実行可能である。
【０１７３】
ヒューズ３００は、前述の方法によって個々に製造することが可能であるが、例示用の一実施例においては、ヒューズ３００は、シートの形態で集合的に製造された後に、個々のヒューズ３００に分離またはシンギュレートされる（ステップ３４６）。追加のヒューズ素子レイヤおよび／または絶縁レイヤを利用し、大きなヒューズ定格および物理サイズのヒューズを供給することが可能である。
【０１７４】
製造が完了したら、接触終端を、ラインと、エネルギーの供給対象である回路の負荷電気接続部に接続することにより、ヒューズ可融リンク３０（これは、図２１に示されている）を通じて電気接続を確立することが可能である。
【０１７５】
前述のように、中間絶縁レイヤ３０３、３０４内のヒューズ可融リンク開口部４０、４２の１つまたは両方を除去することにより、ヒューズ３００をさらに変更することが可能であることを認識されたい。この結果、ヒューズ３００の様々な応用製品および様々な動作温度について、ヒューズ３００の電気抵抗値を変更することが可能である。
【０１７６】
前述の方法より、ヒューズ３００は、低コストの広く入手可能な材料を使用し、バッチプロセスにおいて、低廉な既知の技法およびプロセスを使用して効率的に形成することが可能である。均一なまたは変化する厚さを有し、ヒューズ素子およびヒューズ形成特性が正確に制御された電気鋳造によるヒューズ素子を中間絶縁レイヤとは独立的に形成することが可能である。ヒューズ素子は、ヒューズ３００の最終的な性能のばらつきを極小化するべく、実質的に均一な導電性を有するように製造することが可能である。また一方で、薄い金属フォイル材料を使用してヒューズ素子レイヤ３０２を形成することにより、既知の匹敵するヒューズと比べて、非常に低抵抗のヒューズを構成することが可能である。
【０１７７】
図２３は、ヒューズ３００（図２１）といくつかの面において類似したヒューズ３５４を製造するための代表的な方法３５０のプロセスを説明するためのフローチャートである。この方法３５０は、図２２に示されている方法３２０に多くの面において類似しており、方法３２０の類似のステップが、図２３の類似の参照符号によって示されている。
【０１７８】
方法３２０と同様に、方法３５０は、ヒューズのその他のレイヤとは独立的にヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）を独立した形態で形成するステップ３２２と、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内にヒューズ素子開口部またはウィンドウ４０および４２を形成するステップ３２４とを含んでいる。ただし、方法３２０とは異なり、方法３５０は、レイヤ２、３、４および５を互いに積層し、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が中間絶縁レイヤ３０３および３０４（レイヤ２および４）の間に挟持され、下部外部絶縁レイヤ１２４（レイヤ５）が下部中間絶縁レイヤ３０４（レイヤ４）に積層された４レイヤ構造を形成するステップ３５２を含んでいる。
【０１７９】
Ｍスポット３２８が、前述の方式により、ヒューズ可融リンク３０に形成され（ステップ３３４）、ついで、アーク消去媒体３３２が、上部中間絶縁レイヤ３０３（レイヤ２）内のヒューズ素子開口部４０を通じて形成され（ステップ３３６）、前述のように、スルーホールが形成され（ステップ３３８）、メッキされる（ステップ３４０）。終端ストリップがエッチングされ（ステップ３４２）、外部絶縁レイヤ１２４（レイヤ５）がマーキングされ（ステップ３４４）、必要に応じて、バッチ製品から個々のヒューズ３５４をシンギュレートすることにより（ステップ３４６）、製品が完成する。
【０１８０】
図２１、図２２および図２３を比較することにより、方法３５０（図２３）によって製造されるヒューズ３５４は、上部外部絶縁レイヤ（レイヤ１）を省略しており、かつ、図２３の方法３５０は、図２２の方法３２０に示されている連続した２段階ラミネーションプロセスの代わりに、ヒューズのすべてのレイヤが単一の製造段階において１つに積層される１段階ラミネーションプロセスを利用していることがわかる。一度にすべてのレイヤを同時に１つに積層することにより、ヒューズ３５４は、例えば、図２２の方法３２０によって製造されるヒューズ３００よりも、少ない時間および費用で製造することが可能である。
【０１８１】
図２４は、ヒューズ３００（図２１）にいくつかの面において類似したヒューズ３６４を製造するための別の代表的な方法３６０のプロセスを説明するためのフローチャートである。方法３６０は、図２２に示されている方法３２０に多くの面において類似しており、方法３２０の類似のステップが、図２４の類似の参照符号によって示されている。
【０１８２】
方法３２０と同様に、方法３６０は、ヒューズのその他のレイヤとは独立的にヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）を独立した形態で形成するステップ３２２と、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内にヒューズ素子開口部またはウィンドウ４０および４２を形成するステップ３２４とを含んでいる。ただし、方法３２０とは異なり、方法３６０は、レイヤ１、２、３、４および５を互いに積層することにより、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が中間絶縁レイヤ３０３および３０４（レイヤ２および４）の間に挟持され、上部および下部外部絶縁レイヤ１２２、１２４（レイヤ１および５）が上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０５（レイヤ２および４）に積層され、かつ、これらを挟持する５レイヤ構造を形成するステップ３６２を含んでいる。
【０１８３】
前述のように、スルーホールが形成され（ステップ３３８）、メッキされる（ステップ３４０）。終端ストリップがエッチングされ（ステップ３４２）、ヒューズにマーキングがなされ（ステップ３４４）、必要に応じて、ヒューズ３６４を互いにシンギュレートすることにより（ステップ３４６）、製品が完成する。
【０１８４】
図２１、図２２および図２４を比較することにより、方法３６０（図２３）によって製造されるヒューズは、アーク消去媒体３３２とＭスポット３２８を省略しており、かつ、図２４の方法３６０は、図２２の方法３２０に示されている連続した２段階ラミネーションプロセスの代わりに、ヒューズの５つのすべてのレイヤが単一の製造段階において１つに積層される１段階ラミネーションプロセスを利用していることがわかる。方法３６０は、方法３２０と比べて、含まれている製造段階が少ないため、相対的に迅速かつ低コストで実行可能である。
【０１８５】
図２５は、ヒューズ３００（図２１）にいくつかの面において類似したヒューズ３７６を製造するための別の代表的な方法３７０のプロセスを説明するためのフローチャートである。方法３７０は、図２２に示されている方法３２０に多くの面において類似しており、方法３２０の類似のステップが、図２５の類似の参照符号によって示されている。
【０１８６】
方法３２０と同様に、方法３７０は、ヒューズのその他のレイヤとは独立的にヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）を独立した形態で形成するステップ３２２を含んでいるが、上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）内にヒューズ素子ウィンドウ４０および４２を形成するステップ３２４（図２２）を含んではいない。その代わりに、方法３７０は、開口部を有しておらず切れ目のない構造を具備する上部および下部中間絶縁レイヤ３０３、３０４（レイヤ２および４）にアーク抑制材料を含む接着剤を塗布するステップ３７２を含んでいる。粒子サイズが１〜５ミクロンの１０〜６０重量％のアーク抑制材料（例えば、硫酸バリウム、アルミニウム三水和物、およびこれらに類似したもの）を含むＵＶアクリル接着剤を利用し、ラミネーションプロセスにおいて、これをレイヤ上にスクリーン印刷または供給することが可能である。接着剤は、熱硬化およびＵＶ硬化可能であり、あるいは、熱可塑性のホットメルトであってもよい。
【０１８７】
また一方で、方法３２０とは異なり、方法３７０は、レイヤ２、３、４および５を互いに積層し、フォイルヒューズ素子レイヤ３０２（レイヤ３）が中間絶縁レイヤ３０３および３０４（レイヤ２および４）の間に挟持され、下部外部絶縁レイヤ１２４（レイヤ５）が下部中間絶縁レイヤ３０４（レイヤ４）に積層された４レイヤ構造を形成するステップ３７４を含んでいる。
【０１８８】
前述のように、スルーホールが形成され（ステップ３３８）、メッキされる（ステップ３４０）。終端ストリップがエッチングされ（ステップ３４２）、ヒューズにマーキングがなされ（ステップ３４４）、必要に応じて、ヒューズ３７６を互いにシンギュレートすることにより（ステップ３４６）、製品が完成する。
【０１８９】
図２１、図２２および図２５を比較することにより、方法３７０（図２５）によって製造されるヒューズは、Ｍスポットとアーク消去媒体３２８を省略しているが、レイヤを１つに結合するのに使用される接着剤にアーククエンチング材料を含んでいることがわかる。また一方で、図２２の方法３２０に示されている連続した２段階ラミネーションプロセスの代わりに、図２５の方法３７０は、ヒューズのすべてのレイヤが単一の製造段階において同時に１つに積層される１段階ラミネーションプロセスを利用している。
【０１９０】
ヒューズ構造内のレイヤの数、アーク消去材料の存在または不存在、アーク消去媒体またはヒューズ素子レイヤ近傍の材料（例えば、中間絶縁レイヤ内のヒューズ素子開口部内またはレイヤを接合する接着剤に内蔵されているもの）のタイプおよび場所、Ｍスポットの存在または不存在、およびラミネーションシーケンス（すなわち、ヒューズレイヤの単一段階または多段階ラミネーション）を変更することにより、異なる応用製品用に様々な特性、動作および性能のヒューズを提供し、特定の目的を満足させることができる。より具体的には、様々な電気抵抗値、ヒューズ可融リンクの電流および／または電圧定格、指定の電気的状態において開路状態になる時間、およびアーク抑制特性のヒューズを提供することが可能である。
【０１９１】
さらには、図２１〜図２５に示されているヒューズおよび方法は、本願明細書に記述されているその他の実施例の特徴と組み合わせて使用することが可能であることを理解されたい。例えば、図２１〜図２５のヒューズおよび方法は、開路状態になっているヒューズ可融リンクの容易な識別のための半透明な外部絶縁レイヤ、様々なヒューズ素子レイヤ構造、終端ウィンドウおよびはんだバンプ終端、ヒーター要素、ならびに、ヒートシンク等を含むことができる。前述の実施例は、例示を目的として提供されているにすぎず、互いに組み合わせることにより、非常に効率的かつ非常に正確な製造プロセスによって非常に低抵抗のヒューズを製造することが可能な代表的な特徴を示している。
【０１９２】
図２６は、前述の実施例よりも高電圧および高電流の応用製品に適用されるヒューズの別の代表的な実施例４００の分解斜視図である。ヒューズ４００は、図２６に示されている積層構造の低抵抗ヒューズを提供する。具体的には、代表的な実施例においては、ヒューズ４００は、基本的に、上部および下部中間絶縁レイヤ４０４、４０６の間に挟持されたフォイルヒューズ素子レイヤ４０２と、これらの中間絶縁レイヤをその間に挟持する上部および下部外部絶縁レイヤ４０８、４１０を含む５レイヤにより構成されている。
【０１９３】
一実施例においては、ヒューズ素子レイヤ４０２は、上部および下部中間絶縁レイヤ４０２、４０４の中の１つの上に電着された後に、この電着レイヤを絶縁レイヤから除去する前述の化学エッチングプロセスおよびこれに類似したもの等の既知の方法によって成形された薄い金属フォイル（例えば、銅または銅合金）である。さらなる実施例においては、所望または必要性に応じて、前述のメンブレイン２０２（図１３）等のポリマーメンブレインを利用することが可能である。
【０１９４】
代替実施例においては、ヒューズ素子レイヤ４０２は、例えば、図２１〜図２５に関連して前述した電気鋳造プロセスにより、上部および下部中間絶縁レイヤ４０４および４０６とは独立的に製造および形成することが可能である。この結果、独立型のフォイルヒューズ素子レイヤ４０２が供給され、上部および下部中間絶縁レイヤ４０４および４０６の間で伸びることが可能である。
【０１９５】
代表的な実施例においては、ヒューズ素子レイヤ４０２は長くなっており、向かい合った接触パッド４１４、４１６の間を伸び、かつ、ヒューズ可融リンク４１２を通じて流れる電流が既定の量または程度を超過した際に開路状態にするような寸法になっている狭いヒューズ可融リンク４１２を含んでいる。また一方で、前述の実施例とは異なり、ヒューズ可融リンク４１２は、接触パッド４１４および４１６の間において互いに離隔した複数の弱化スポット４１８（すなわち、低減された断面積の領域）を含んでいる。図２６に示されている実施例においては、ヒューズ可融リンク４１２は、弱化スポット４１８のそれぞれにおいて、ヒューズ可融リンク４１２の長手方向の軸に垂直の方向に計測された実質的に均一な寸法Ｔと、ヒューズ可融リンクの長手方向の軸に対して横方向に計測された低減された寸法Ｗとを具備している。ただし、その代わりに、ヒューズ可融リンク４１２は、弱化スポット４１８において、実質的に均一な寸法Ｗと低減された寸法Ｔを具備するように形成することにより、ヒューズ可融リンク４１２の残りの部分に対して弱化スポット４１８の断面積を低減させることも可能であろう。一実施例においては、弱化スポット４１８は、その他の場所におけるヒューズ可融リンク４１８の断面積の略５０％に相当する断面積を具備している。ただし、弱化スポット４１８とヒューズ可融リンク４１２の残りの部分の断面積のさらに大きなまたは小さな比率を利用することも可能であることを理解されたい。
【０１９６】
複数の弱化スポット４１８は、過負荷状態におけるヒューズ素子レイヤの動作に実質的に影響を与えることなしに、ヒューズ素子レイヤ４０２の短絡開路特性を改善するべく、ヒューズ可融リンク４１２内に形成されている。より具体的には、短絡電流状態においては、ヒューズ可融リンク４１２は、弱化スポット４１８の場所に対応したいくつかの既定の場所における弱化スポット４１８において開路状態になる。この結果、ヒューズ可融リンク４１２がヒューズ４００を通じた回路を開路状態にした際に、アークエネルギーが、複数の弱化スポット４１８の場所に分散される。図２６の実施例には、３つの弱化スポット４１８が示されているが、代替実施例においては、３つを上回るまたは下回る数の弱化スポット４１８を利用することが可能であることを理解されたい。
【０１９７】
さらには、弱化スポット４１８のいくつかまたはすべてと組み合わせて、Ｍスポットを利用することにより、ヒューズ素子レイヤ４０２のヒューズ開路特性をさらに変更することが可能であると考えられる。Ｍスポットは、図２１〜図２３との関連で前述した方式によってヒューズ素子レイヤ上に形成することが可能である。
【０１９８】
上部中間絶縁レイヤ４０４は、フォイルヒューズ素子レイヤ４０２上に位置しており、これを貫通して伸び、かつ、ヒューズ可融リンク４１２の弱化スポット４１８上に位置するいくつかの円形のヒューズ可融リンク開口部４２０を含んでいる。代表的な実施例における開口部４２０は、上部絶縁レイヤ４０４内に事前に形成されているが、別の実施例においては、開口部４２０は、製造プロセスの後工程において形成することが可能であることを理解されたい。
【０１９９】
下部中間絶縁レイヤ４０６は、フォイルヒューズ素子レイヤ４０２の下に位置しており、代表的な実施例においては、こちらも下部絶縁レイヤ４０６内に事前に形成されたいくつかの円形のヒューズリンク開口部４２２を含んでいる。ヒューズリンク開口部４２２は、弱化スポット４１８のそれぞれの近傍においてフォイルヒューズ素子レイヤ４０２のヒューズ可融リンク４１２の下に位置している。したがって、ヒューズ可融リンク４１２がフォイルヒューズ素子４０２の接触パッド４１４、４１６間において伸びた際に、ヒューズ可融リンク４１２が中間絶縁レイヤ４０４、４０６のいずれの表面とも接触しないように、ヒューズ可融リンク４１２は、上部および下部中間絶縁レイヤ４０４、４０６内の各々のヒューズリンク開口部４２０、４２２を横断して伸びている。換言すれば、ヒューズ４００が製造が完了した際に、ヒューズ可融リンク４１２の各部分は、各々の中間絶縁レイヤ４０４、４０６内のヒューズリンク開口部４２０、４２２により、エアポケット内において、事実上、吊り下げられている。さらに詳しくは、弱化スポット４１８のそれぞれが、中間絶縁レイヤ４０４、４０６の間のエアポケット内において、吊り下げられている。
【０２００】
ヒューズリンク開口部４２０、４２２は、従来のヒューズにおいては、ヒューズの電気抵抗値の増大に寄与する中間絶縁レイヤ４０４、４０６に対する熱伝達を防止している。したがって、ヒューズ４００は、既知のヒューズよりも低い電気抵抗値において動作し、この結果、既知の匹敵するヒューズよりも、回路が安定する。また一方で、既知のヒューズとは異なり、ヒューズリンク開口部４２０、４２２によって生成されたエアポケットにより、アークトラッキングが防止され、ヒューズ可融リンク４１２を通じた回路の完全なクリアリングが円滑に実行される。さらには、エアポケットは、ヒューズ可融リンクが動作した際に、その内部のガス抜きを実行し、ヒューズ内部の望ましくないガスの蓄積および圧力を軽減する。ただし、さらなる実施例においては、ヒューズリンク開口部４２０、４２２は、例えば、ヒューズ２１０（これは、図１５との関連で図示および説明されている）、ヒューズ３００（これは、図２１に示されている）、および図２２〜図２５の方法と関連して本願明細書において説明したアーク消去媒体を含むことが可能であることを理解されたい。
【０２０１】
上部および下部中間絶縁レイヤは、それぞれ、一実施例においては、前述のように、上述のヒューズの実施例および方法において前述した材料およびそれらに類似したもの等のポリマーを含む誘電体フィルム材料から製造されている。
【０２０２】
上部外部絶縁レイヤ４０８は、上部中間レイヤ４０４上に位置しており、上部外部絶縁レイヤ４０８上に伸び、かつ、上部中間絶縁レイヤ４０４のヒューズ可融リンク開口部４２０上に位置する切れ目のない連続した表面を含んでおり、これによって、ヒューズ可融リンク４１２を上から封入し十分に絶縁している。さらなる実施例においては、上部外部絶縁レイヤ４０８および／または下部外部絶縁レイヤ４１０は、ヒューズ可融リンク開口部４２０、４２２内の開路状態になっているヒューズの視認を容易にする半透明または透明な材料から製造されている。
【０２０３】
下部外部絶縁レイヤ４１０は、下部中間絶縁レイヤ４０６の下に位置しており、切れ目のない状態にある（すなわち、開口部を具備していない）。したがって、下部外部絶縁レイヤ４１０の連続した切れ目のない表面は、下部中間絶縁レイヤ４０６のヒューズ可融リンク開口部４２２の下においてヒューズ可融リンク４１２を十分に絶縁している。
【０２０４】
代替実施例においては、上部および下部外部絶縁レイヤ４０８、４１０は、それぞれ、前述のポリマーベースの誘電体フィルムおよびこれらに類似のものから製造されている。
【０２０５】
図２６の例示用の実施例においては、５つのレイヤが示されているが、代替実施例においては、さらに多くのまたは少ない数のレイヤを提供または利用することが可能であることを理解されたい。必要に応じて、複数のヒューズ素子レイヤおよびヒューズ可融リンクを提供し、直列または並列に電気的に相互接続することが可能である。
【０２０６】
図２６に示されているように、上部外部絶縁レイヤ４０８および下部外部絶縁レイヤ４１０は、それぞれ、その横側面内に形成され、かつ、ヒューズリンク接触パッド４１４、４１６の上下を伸びる丸い終端スロットまたは孔４２４、４２６を含んでいる。同様に、上部および下部中間絶縁レイヤ４０４、４０６も、その横側面内に形成された丸い終端スロットまたは孔４２８、４３０を含んでおり、ヒューズ素子レイヤ４０２も、その横側面上に丸い終端スロットまたは孔４３２、４３４を含んでいる。ヒューズ４００の各々のレイヤが組み立てられた際に、終端スロット４２４、４２６、４２８、４３０、４３２および４３４は、その垂直面上において金属被覆され、ヒューズ４００のそれぞれの横端部上に接触終端が形成される。金属被覆されたストリップ４３６、４３８が、前述の方式によって形成され、それぞれ、上部および下部外部絶縁レイヤ４０８、４１０の外部表面上に伸びる。この結果、ヒューズ４００は、ヒューズ素子の接触パッド４１４、４１６に対する電気接続を確立しつつ、プリント回路基板に表面実装することが可能である。
【０２０７】
複数の弱化スポット４１８とヒューズ素子開口部４２０および４２２をヒューズレイヤ内に形成することにより、相対的に高い電圧および電流定格と相対的に高い遮断能力が実現可能である。例えば、一実施例においては、ヒューズ４００は、約６００Ｖ以下の電圧の開路に適しており、ヒューズの積層構造に起因し、ヒューズ４００は、このような動作レンジにおいて動作可能な既知の表面実装ヒューズと比べて、ヒューズのレイヤ面に垂直の方向に計測された格段に低いプロファイル（ロープロファイル）を有するように形成されることが可能である。したがって、ヒューズ４００は、特に、従来のヒューズが対応不能な基板間の既定のクリアランスだけ互いに離隔した複数の回路基板を含むシステムに使用するのに有利であろう。
【０２０８】
また一方で、ヒューズ４００の積層構造および増大した遮断容量により、ヒューズ４００は、既知のヒューズと略同一サイズの物理パッケージにおいて、より優れた開路特性および性能を提供することが可能であり、あるいは、既知のヒューズよりも低減された物理パッケージサイズにおいて、等価な開路特性および性能を提供することが可能である。
【０２０９】
さらには、ヒューズ４００の積層ポリマー構造は、その他の材料を含む既知の匹敵するヒューズ（特に、セラミックチューブを具備する既知のヒューズ）と比べて、重量を節約することが可能である。回路基板上に多数の部品を収容する場合には、この重量の節約は大きなものとなるであろう。
【０２１０】
また一方で、ヒューズ４００は、ヒューズリンクに対して適切な変更を加えると共に、ヒューズレイヤ内において適切な場所に適切な数のヒューズ素子開口部を形成することにより、前述の方法のいずれかに従って、既知のヒューズと比べて低減されたコストにて供給することが可能である。
【０２１１】
ヒューズ４００は、本願明細書に記述されているその他のヒューズ実施例の特徴を含むことが可能であることを理解されたい。例えば、ヒューズ４００は、開路状態になっているヒューズ可融リンクを容易に識別するための半透明の外部絶縁レイヤ、様々なヒューズ素子レイヤ構造、終端ウィンドウおよびはんだバンプ終端、ヒーター要素、ならびに、ヒートシンク等を含むことができる。ヒューズ４００は、例示を目的として提供されているものにすぎず、その他のヒューズの特徴と組み合わせることにより、非常に効率的かつ非常に正確な製造プロセスによって非常に低い電気抵抗値のヒューズを製造することが可能な代表的な特徴を示している。
【０２１２】
以上、様々な実施例の観点から本発明について説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲の各請求項の精神および範囲内において、変更を加えつつ、本発明を実施することが可能であることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】フォイルヒューズの第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示されているヒューズの分解斜視図である。
【図３】図１および図２に示されているヒューズを製造する方法のプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図４】フォイルヒューズの第２実施例の分解斜視図である。
【図５】フォイルヒューズの第３実施例の分解斜視図である。
【図６】図１〜図５に示されているヒューズのヒューズ素子形状の平面図（その１）である。
【図７】図１〜図５に示されているヒューズのヒューズ素子形状の平面図（その２）である。
【図８】図１〜図５に示されているヒューズのヒューズ素子形状の平面図（その３）である。
【図９】図１〜図５に示されているヒューズのヒューズ素子形状の平面図（その４）である。
【図１０】図１〜図５に示されているヒューズのヒューズ素子形状の平面図（その５）である。
【図１１】フォイルヒューズの第４実施例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示されているヒューズを製造する方法のプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図１３】フォイルヒューズの第５実施例の斜視図である。
【図１４】図１３に示されているヒューズの分解斜視図である。
【図１５】フォイルヒューズの第６実施例の分解斜視図である。
【図１６】フォイルヒューズの第７実施例の分解斜視図である。
【図１７】フォイルヒューズの第８実施例の概略図である。
【図１８】ヒューズ素子の一実施例の平面図である。
【図１９】ヒューズ素子の別の実施例の平面図である。
【図２０】ヒューズ製品の分解斜視図である。
【図２１】低抵抗ヒューズの別の代表的な実施例の分解斜視図である。
【図２２】図２１に示されているヒューズを製造する方法の代表的なプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図２３】低抵抗ヒューズを製造するための別の方法の代表的なプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図２４】低抵抗ヒューズを製造するためのさらに別の方法の代表的なプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図２５】低抵抗ヒューズを製造するためのさらに別の方法の代表的なプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図２６】低抵抗ヒューズのさらに別の代表的な実施例の分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2006237008.tif 000035
【図２６】
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【外国語明細書】
2006237008000001.pdf